WWW.KONFERENCIYA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Конференции, лекции

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

«Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве Материалы Международной научно-технической конференции (Минск, 16–17 октября 2013 г.) В 3 томах Том 3 Минск НПЦ НАН ...»

-- [ Страница 1 ] --

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

Республиканское унитарное предприятие

«Научно-практический центр

Национальной академии наук

Беларуси

по механизации сельского хозяйства»

Научно-технический прогресс

в сельскохозяйственном

производстве

Материалы

Международной научно-технической конференции

(Минск, 16–17 октября 2013 г.)

В 3 томах Том 3 Минск НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства 2014 ББК 40.7 Н34 Редакционная коллегия:

д-р техн. наук, проф., чл.-кор. НАН Беларуси П.П. Казакевич (главный редактор), С.Н. Поникарчик Рецензенты:

д-р техн. наук, проф., чл.-кор. НАН Беларуси П.П. Казакевич, д-р техн. наук, проф. В.Н. Дашков, д-р техн. наук, проф. В.И. Передня, д-р техн. наук, проф. И.И. Пиуновский, д-р техн. наук, проф. Л.Я. Степук, д-р техн. наук, проф. И.Н. Шило, д-р техн. наук, доц. В.В. Азаренко, д-р техн. наук, доц. И.И. Гируцкий Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве :

Н34 материалы Междунар. науч.-техн. конф. (Минск, 16–17 окт. 2013 г.).

В 3 т. Т. 3. / РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства» ; редколлегия: П. П. Казакевич (гл. ред.), С. Н. Поникарчик. – Минск : НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2014. – 332 с.

Сборник составлен из статей, содержащих материалы научных исследований, результаты опытно-конструкторских и технологических работ по разработке инновационных технологий и технических средств для их реализации при производстве продукции растениеводства и животноводства. Рассмотрены вопросы технического сервиса машин и оборудования, электрификации и автоматизации, использования топливно-энергетических ресурсов, разработки и применения энергосберегающих технологий, информационно-управляющих систем.

Материалы сборника могут быть использованы сотрудниками НИИ, КБ, специалистами хозяйств, студентами вузов и колледжей аграрного профиля.

УДК [631.171+636]:631.152.2(082) ББК 40. © РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства», УДК 631.171: 338.36(476)

К ВОПРОСУ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ МАШИН

СОЮЗНОГО ГОСУДАРСТВА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ

ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА

ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА И ЖИВОТНОВОДСТВА

В.П. Чеботарев, к.т.н., доц., В.И. Володкевич, зав. лабораторией, А.В. Шах, м.н.с.

Республиканское унитарное предприятие «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»

г. Минск, Республика Беларусь Удовлетворение потребностей обеих стран в продукции растениеводства и животноводства за счет собственного производства является основой доктрины продовольственной безопасности России и Беларуси.

Решение этой задачи может быть достигнуто путем дальнейшего увеличения объемов производства в специализированных, преимущественно крупных, хозяйствах на основе инновационных технологий, комплексов современной, специальной и надежной техники различной технологической конфигурации и производительности. Все развитые страны имеют свое сельхозмашиностроение и организуют новые производства техники, создают условия, когда к всеобщей выгоде ведущие иностранные производители приходят в страну. Разрабатывать и производить отечественную сельхозтехнику в обоих государствах целесообразно в рамках современной промышленной политики, базовые принципы которой состоят в ориентации выпуска перспективных машин на обеспечение внутреннего спроса и успешной конкуренции с иностранными фирмами на внутреннем и внешнем рынках.

Системный принцип развития механизации сельского хозяйства в России и Беларуси может быть реализован только за счет формирования экономически целесообразной и взаимовыгодной номенклатуры технологически взаимоувязанных технических средств. Сельскохозяйственные организации Республики Беларусь за последние пять лет приобрели 10108 зерно- и 2650 кормоуборочных комбайнов, 17214 тракторов, картофелеуборочных комбайнов, 1981 комбинированный почвообрабатывающий и 3840 почвообрабатывающе-посевных агрегатов, 8373 машины для внесения удобрений, 4574 пресс-подборщика, 3756 машин для химической защиты растений и ряд другой сложной сельскохозяйственной техники. Однако, несмотря на это, обеспеченность хозяйств республики зерноуборочными комбайнами с пропускной способностью 10 кг/с и более не превышает 80 %, кормоуборочными комбайнами с мощностью двигателя 300 л.с. и более – не превышает 42 %, свеклоуборочными комбайнами – составляет не более 56 %, тракторами с мощностью двигателя 250 л.с. и более – не выше 65 %, почвообрабатывающе-посевными агрегатами с шириной захвата 6 метров и более – не более 56 %, машинами для химической защиты растений и семян – не более 57 % и сеялками с внесением стартовой дозы удобрений – не более 54 %, а уровень затрат на производство основных видов продукции растениеводства в 1,3–1,5 раза выше, чем в развитых странах Европы.

В России рынок тракторной техники состоит из продукции собственного производства на 28,4 %, импорта из Республики Беларусь – на 38,7 %, из других стран – на 32,9 %. В АПК эксплуатируются почти 70 % тракторов, отслуживших амортизационный срок. Количество тракторов возрастом до 5 лет составляет 8 %, от 6 до 10 лет – 21 % и более 10 лет – 71 %. Для обработки введенных в севооборот 90 млн га пашни в агротехнические сроки в парке требуется колесных тракторов класса 1,4–3,0 не менее 900 тыс. ед., а к 2015 году – около 990 тыс. ед. Недостаток тракторов приводит к значительному недобору урожая, который, по данным российских источников, доходит до 10–12 млн т. Из-за крайне низкой обеспеченности в России энергонасыщенными тракторами энергообеспеченность на 100 га посевной площади составляет 150 л.с. при технологически необходимых 300–350 л.с. По сравнению с 1992 годом количество зерноуборочных комбайнов в России сократилось в 5 раз, годовая нагрузка на комбайн увеличилась со 160 до 354 га, или в 2,2 раза, количество комбайнов, приходящихся на 1000 га посевов, снизилось с 6 до 3 ед., или в 2 раза, и по этому показателю Россия занимает одно из последних мест в мире. Произошло сокращение и другой зерноуборочной техники – валковых жаток, подборщиков, соломоуборочных средств, в среднем в 8–9 раз. За этот период обеспеченность грузовыми автомобилями снизилась более чем в 3 раза, а их производство – в 470 раз. Автопарк АПК России составляют 87 % морально и физически устаревших технических средств со сроком службы более 8 лет, 70 % из них имеют срок службы более 10 лет. Сокращение парка почвообрабатывающей техники в 5 раз, машин для внесения органических и минеральных удобрений более чем в 10 раз не позволяет реализовать инновационные технологии производства продукции растениеводства. Возросшая нагрузка на зерноуборочную и картофелеуборочную технику в 2 раза, для уборки сахарной свеклы и кукурузы соответственно в 5 и 10 раз не позволяет провести уборку этих культур в рекомендуемые агротехнические сроки и приводит к ежегодным потерям до 40 % выращенного урожая. В целом производительность труда в растениеводстве в 7–10 раз ниже, а затраты энергетических и других материальных ресурсов – в 1,5–2,5 раза больше, чем в высокоразвитых странах Европы.



В животноводстве России вследствие недостаточного оснащения ферм современной техникой сдерживается реализация инновационных технологий. На фермах КРС уровень комплексной механизации технологических процессов снизился на 23 %. В пределах нормативного срока используется не более 20–25 % технологического оборудования, только 4 % его отвечает современным требованиям. При кормлении скота используются устаревшие конструкции раздатчиков кормов, осуществляющие раздельную выдачу отдельных компонентов рациона. Доение коров осуществляется преимущественно в стойлах коровников со сбором молока в переносные ведра и молокопровод, хранится и охлаждается молоко в холодильных установках с промежуточным охлаждением, в то время как наиболее эффективным является использование установок с непосредственным глубоким охлаждением молока. Удаление навоза из животноводческих помещений осуществляется ненадежными, морально устаревшими скребковыми и скреперными установками, срок службы которых не превышает 3–4 лет, а чистка стойл и расстил подстилки выполняются вручную. Используемые для механизации процессов в свиноводстве универсальное станочное оборудование для содержания различных половозрастных групп, оснащенное поилками, кормушками и элементами микроклимата, системы хранения и раздачи сухих кормов, установки для навозоудаления уступают по уровню инновационности аналогичному оборудованию зарубежных фирм. Количество применяемой техники для механизации процессов в птицеводстве по сравнению с 1995 годом сократилось на 40 %, износ оборудования превысил 65 %, а срок службы основных видов оборудования (клеточных батарей и др.) превысил 24 года при нормативе не более 7 лет. Затраты кормов на центнер молока составляют 1,22–1,30 ц корм. ед., привеса скота – 13,9–14,2 ц корм. ед., привеса свиней – 6,4–6,8 ц корм. ед., в том числе концкормов соответственно 0,35–0,43 и 5,9–6,0 ц корм. ед., электрической энергии на получение молока – 45–50 кВт·ч/ц. По удельным затратам кормов на производство животноводческой продукции Россия превосходит западные страны в 1,3–2,0 раза, рабочего времени и электроэнергии – в 2,5–3,5 раза. Продуктивность коров, привесы скота на откорме и привесы свиней в 1,6–2,2 раза ниже, чем в странах западной Европы и США. Несмотря на принятые в России меры государственной поддержки, направленные на возрождение отрасли животноводства, они не обеспечивают потребности страны в высококачественных продуктах питания, доля импорта мясной продукции в 2012 году составила 29–36 % (мясо птицы – 36,0 %, свинины – 28,8 % и говядины – 34,2 %), а в отдельных регионах достигала 55–60 %; молока и молочных продуктов – свыше 20 %. Без технического переоснащения объектов современным оборудованием эти проблемы не могут быть успешно решены.

По сравнению с Россией в Республике Беларусь темпы сокращения техники за аналогичный период значительно ниже. Количество тракторов снизилось лишь на 5,5 тыс. ед. (10,3 %), а зерноуборочных комбайнов – на 0,6 тыс. ед. (4,6 %). Стратегия поддержания высокого уровня энергооснащенности производства сельскохозяйственной продукции в республике (404 л.с. на 100 га) реализуется за счет применения инновационной техники. Благодаря этому удалось замедлить темпы падения энергооснащенности за счет поставки сельскохозяйственным товаропроизводителям широкой номенклатуры машин и оборудования, отвечающих современному техническому уровню, конкурентоспособных как на внутреннем, так и внешнем рынках. Вместе с тем сокращение численности машиннотракторного парка в республике привело к росту нагрузки пахотных и посевных площадей на единицу техники. Нагрузка на трактор за период с 2001 по 2012 годы увеличилась более чем на 45 %, кормоуборочный комбайн – в 1,9 раза, зерноуборочный комбайн – на 40 %.





Влияние факторов технического оснащения хозяйств на результаты производства сельскохозяйственной продукции в странах Союзного государства в ближайшие годы может стать определяющим, поскольку потери ее вследствие нарушения агросроков, недостаточной обеспеченности и низкой надежности работы изношенной техники приведут к резкому снижению эффективности производства. Поэтому в обоих государствах важно принять меры не по замене тракторов и сельхозмашин на новые с прежними техническими характеристиками, а обновить их техническими средствами качественно нового поколения, которые обеспечат существенный рост производительности труда, экономию топлива и энергии, создадут оптимальные условия для производства продукции растениеводства и животноводства и в конечном итоге – возможность реализовать наиболее перспективные машинные технологии, сделать конечный результат труда предприятий – сельскохозяйственную продукцию – более дешевой и конкурентоспособной.

С целью повышения уровня технического обеспечения производителей сельскохозяйственной продукции России и Беларуси необходима единая техническая политика в области сельскохозяйственного машиностроения, в основе которой должна быть единая Система машин и оборудования Союзного государства (далее – Система машин). Разработанная в Республике Беларусь Система машин для механизации процессов в растениеводстве и животноводстве проходит поэтапную реализацию.

На первом ее этапе (2006–2010 годы) создано и освоено производство машин для сокращения закупок импортных аналогов, обеспечения агрегатирования с отечественными тракторами мощностью до 250 л.с., механизации уборки урожая зерноуборочными комбайнами с пропускной способностью до 12 кг/с, послеуборочной доработки зерна на зерноочистительно-сушильных комплексах производительностью до 30 плановых тонн в час, замены морально изношенной и низкопроизводительной техники и оборудования для производства кормов, картофеля, овощей, льноволокна, приготовления и раздачи кормов на животноводческих и свиноводческих фермах, содержания животных, доения и охлаждения молока.

Благодаря этому в растениеводстве удалось сократить поставки машин из-за рубежа, создать производство тракторов «Беларус»-1522/2022, - 2522, типоразмерного ряда машин для обработки почвы и посева. Это позволило в растениеводстве снизить эксплуатационные затраты на производство зерна до 20 %, сахарной свеклы – до 15 %, картофеля – до 40 % и кормов из трав и силосных культур – до 20 %; в животноводстве и птицеводстве – снизить удельные затраты труда в 1,2–1,3 раза, расход кормов – на 25–30 %, электроэнергии – на 25–30 % и котельнопечного топлива – на 15–20 %.

Второй этап реализации Системы машин (2011–2015 годы) предусматривает дальнейшее сокращение поставок машин из-за рубежа на 40–50 %, обновление машинно-тракторного парка хозяйств более высокопроизводительными машинами и оборудованием на 30–40 %, увеличение применения биогазовых установок и оборудования для возобновляемых источников энергии, автоматизированной и роботизированной техники, элементов точного земледелия и на этой основе повышение конкурентоспособности производимой продукции растениеводства и животноводства.

На третьем этапе реализации Системы машин (2012–2020 годы) предусматривается создание отечественных тракторов с мощностью двигателя 450 и более л.с., высокопроизводительного комплекса почвообрабатывающих и почвообрабатывающе-посевных агрегатов шириной захвата 12 м и более, зерноуборочных комбайнов с пропускной способностью 16 кг/с и более и кормоуборочных комбайнов с мощностью двигателя 600 л.с. и более. Особое внимание уделено развитию синергистической комбинации машиностроения, электронной техники, компьютерных разработок, теории автоматического управления и проектирования систем, имеющей целью создать, спроектировать и произвести систему машин и оборудования нового поколения.

Для решения задач технического обеспечения села перспективной сельскохозяйственной техникой в России и Беларуси требуется объединение усилий ученых и производителей техники. Интеграция белорусской и российской агроинженерной науки и сельскохозяйственного машиностроения на основе единой Системы машин позволит разрабатывать и выпускать собственную сельскохозяйственную технику для реализации инновационных технологий производства продукции растениеводства и животноводства. В итоге это позволит снизить удельные затраты на производство сельскохозяйственной продукции в обоих государствах и обеспечить ее конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках:

в растениеводстве – снизить затраты труда при производстве продукции зерновых и зернобобовых культур на 60 %, сахарной свеклы – на 45 %, кукурузы на силос – на 50 %, картофеля – на 60 % и затраты топлива – на 35–45 %;

в животноводстве – снизить трудозатраты на производство молока до 3–4 чел.-ч на 1 ц и потребление электроэнергии – до 4–6 кВт·ч/ц; на производство свинины: затраты труда – до 3–4 чел.-ч/ц, потребление электроэнергии – до 50–60 кВт·ч/ц;

в птицеводстве – снизить затраты труда при производстве мяса птицы до 1,7–1,8 чел.-ч/ц, яиц – до 0,3–0,5 чел.-ч/1000 шт., расход кормов – соответственно до 2,8–3,0 ц к.ед./ц и 1,2–1,4 ц к.ед./ц, потребление электроэнергии – до 70–85 кВт·ч/ц.

УДК 658.711.

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ

ТЕХНОЛОГИЙ И МАШИН

В.П. Елизаров, д.т.н., В.М. Бейлис, к.с.-х.н.

«Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства» (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) Одним из центральных вопросов, связанных с ускорением темпов обновления и развития инженерной системы растениеводства, является кардинальная перестройка научных методов разработки системы технологий и машин – важнейшего инструмента формирования и реализации стратегии и тактики технической политики в отрасли, и привлечение к ее развитию отечественных и зарубежных инвесторов на конкурентной основе [1].

Система технологий и машин должна быть нацелена на создание технической базы, отвечающей мировому уровню и обеспечивающей наиболее эффективное применение достижений научно-технического прогресса в области технологизации, механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства [2].

Системой технологий и машин должны решаться две одинаково важные задачи – тактические задачи развития технической базы сельского хозяйства путем обеспечения сельских товаропроизводителей необходимыми им высокоэффективными технологиями и техникой, рекомендуемыми к применению в производстве, а также защита их интересов.

Для решения на научной основе, а следовательно наиболее эффективными методами, стратегических проблем развития агроинженерной сферы сельскохозяйственного производства остро необходима разработка перспективной системы технологий и машин (далее ПСТМ), которая бы содержала всеобъемлющие фундаментальные данные по созданию технологий и техники нового поколения, обеспечивающих перевод сельского хозяйства России на качественно более высокий уровень путем целенаправленного развития научно-технического прогресса в отрасли, основанного на системных принципах.

Так как ПСТМ, по существу, должна представлять собой прогноз создания и оснащения сельского хозяйства новыми технологиями и техникой нового поколения, то в основу ее обоснования, построения и разработки должны быть положены новые научные принципы и методы, которые предстоит разработать в ближайшие годы.

Все ее показатели должны быть на уровне мировых. Она должна отвечать целому ряду новых требований, позволяющему обеспечить наиболее эффективное использование имеющихся ограниченных ресурсов в новых экономических условиях ведения сельского хозяйства, преодолеть межрегиональные барьеры, привлечь технический потенциал мирового сообщества и стран СНГ. В частности, в ней в оптимальном сочетании с отечественными должны быть интегрированы результаты лучших зарубежных разработок в области сельскохозяйственных технологий и техники, потенциально применимые в России.

С государственных позиций ПСТМ должна служить основополагающим документом, отражающим основы научно-технической политики в области сельскохозяйственного производства, с помощью которого обеспечивается согласованная и направленная в единое русло деятельность организаций различных ведомств и других юридических лиц по оснащению сельского хозяйства всеми необходимыми машинами и оборудованием для высокоэффективного производства, а также для разработки технологий и техники, обеспечивающих отечественной продукции выход на мировой рынок.

ПСТМ является основой, на которой должна строиться инвестиционная политика отрасли, осуществляться планирование научноисследовательских и опытно-конструкторских работ и создание новых технологий и сельскохозяйственной техники, определяться объемы финансирования научно-исследовательских и конструкторских организаций, проводиться формирование государственных и отраслевых программ [3].

Производители сельскохозяйственной продукции должны иметь возможность свободного получения всей нужной информации по технике, в первую очередь новейшей, рекомендованной научными организациями в виде системы машин. В то же время машиностроительным предприятиям должна быть предоставлена возможность выбора оптимальных решений, гарантирующих им сбыт и прибыль.

Объектом фундаментальных исследований в данной области знаний должна стать разработка научных методов обоснования, системного проектирования и расчета показателей системы технологий и машин. К числу фундаментальных относится разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения для оптимального построения системы технологий, для системного обоснования, проектирования и вариантных расчетов показателей при различных сценариях обеспечения технической базы.

Основу перспективной системы технологий и машин должны составлять типажи и типоразмерные ряды технологий и техники, а не марки машин, как это было ранее. Отсюда необходимость исследований, направленных на разработку современных методов обоснования перспективных типажей и типоразмерных рядов технологий и техники, а также решения задач типизации, формализации и преобразования в удобный для расчетов вид исходной информации по агроландшафтам, производственным и другим условиям, обусловливающим требования к формированию технологической и технической базы растениеводства России, отвечающей мировому уровню.

Применительно к техническим принципам создания техники в новой системе должны найти отражение в первую очередь следующие концепции, позволяющие обеспечить сокращение затрат на производство сельскохозяйственной продукции:

– разработка семейств технических средств на основе универсальных энергетических и других базовых моделей, обеспечивающих функционирование гибких производственных систем;

– агрегатная унификация по всем основным видам технических средств на основе обоснования и реализации типоразмерных рядов для основных узлов и агрегатов;

– создание трансформируемой техники на основе универсальных рам со сменными рабочими органами и дополнительным оборудованием;

– максимальная унификация технических средств одного типа и назначения за счет модификации базового образца;

– техническое обеспечение многофазовых технологий работ, сочетающих выполнение операций с применением мобильных и стационарных машин;

– реализация принципиально новых технологических процессов воздействия на объект обработки с использованием ранее не применявшихся физических и кибернетических принципов, химических и биологических воздействий, материалов и пр.;

– создание технических систем с упорядоченным перемещением мобильных рабочих агрегатов, в том числе в полуавтоматическом контролируемом режиме;

– разработка конгломератов технических средств для законченных промышленных технологий производства пищевых продуктов и сырья для легкой промышленности в колхозах и совхозах, межхозяйственных объединениях и комбинатах, а также подобных им минисистем для крестьянских хозяйств;

– автоматизация и роботизация выполнения законченных циклов работ с использованием машин-автоматов и роботов.

Прикладная сторона исследований по системе технологий и машин заключается, прежде всего, в разработке на научной основе интегрированных исходных требований по видам техники, которые должны стать ее неотъемлемой частью.

Кроме того, всесторонним исследованиям подлежит широкий круг вопросов, связанных с практическим применением системы технологий и машин, адаптацией и доведением ее непосредственно до конкретных сельских товаропроизводителей.

К их числу относятся: региональные системы машин; системы ведения сельского хозяйства по регионам и областям; типовые технологические карты по всем видам сельскохозяйственных культур; операционные технологии сельскохозяйственных работ; правила производства механизированных работ; нормативы потребности, сезонной нагрузки и др.

Анализ тенденций и приоритетных направлений развития по основным видам технологий растениеводства позволяет сформулировать некоторые общие закономерности развития системы технологий, которые следует учитывать при проведении дальнейших исследований.

Выявленные общие тенденции в развитии технологий состоят в следующем:

– технологии становятся все более дифференцированными, высокоадаптированными к реально встречающимся на практике вариантам агроландшафтных и производственных условий;

– наряду с применением все более эффективных технологий, сельским товаропроизводителям предлагаются технологии любых уровней интенсификации, вплоть до простейших, что позволяет выбирать технологии, отвечающие экономическому и техническому потенциалу их хозяйств;

– технологии становятся все более индустриализированными, требующими все более высокого уровня механизации, а на перспективу – автоматизации работ;

– все большее значение приобретает направленность технологий на получение высококачественной продукции при безусловном соблюдении экологических требований;

– предъявляются все более высокие требования к подготовке посевного и посадочного материала и к качеству вносимых и наносимых материалов.

Все это свидетельствует о необходимости разработки научных основ проектирования технико-технологических систем производства продукции растениеводства. Разработка целого комплекса научных задач, необходимых для решения этой проблемы, в условиях интенсификации растениеводства становится все более актуальной.

Учитывая неустановившийся характер и незавершенность процесса становления новых форм собственности и организации труда в сельском хозяйстве, для оптимизации перспективных технико-технологических систем и комплексов необходимо разработать методы проведения исследований, базирующиеся на развернутой информации о типоразмерных рядах сельскохозяйственных предприятий, построенных по совокупности критериев, отражающих в обобщенном виде региональные особенности производства и реальное многообразие хозяйств различных типоразмеров и специализации, имеющих различные уровни технической оснащенности, доходов и т.д.

Для сельскохозяйственных предприятий нового типа, ориентированных на функционирование в условиях рыночной экономики, потребуется определить в зависимости от их размеров и природно-климатических условий оптимальные товарные специализации. Такую задачу вполне правомерно рассматривать как самостоятельную для зональных институтов агроэкономического профиля, однако ввиду явного отставания в проведении таких работ целесообразно дать хотя бы ее концептуальное решение в рамках работы по системе технологий и машин.

Для этого потребуется исследовать применительно к оптимизируемому типоразмерному ряду сельскохозяйственных предприятий агротехнически допустимые в различных зонах страны варианты специализаций и выявить из них наиболее рациональные путем сопоставления совокупности их показателей. Для этого потребуется выполнение для каждого варианта специализации многокритериального расчета оптимальной совокупности технологий и состава МТП сельскохозяйственных предприятий различных типоразмеров. Разработка методики и программного обеспечения для проведения подобных расчетов, с учетом современных особенностей и требований производства, сама по себе является крупной научной проблемой.

Для разработки и оценки технико-технологических систем и комплексов машин по ресурсным и ряду других критериальных показателей на стадии оптимизации совокупности технологий и состава МТП потребуется проведение комплексных научно-исследовательских работ, направленных на разработку алгоритмов и математических моделей их оптимизации, адекватно отражающих всю необходимую для решения задачи весьма разнообразную по составу и обширную по объему агротехническую, агротехнологическую, природно-производственную, техническую, экономическую и иную исходную информацию.

Результаты этих исследований будут положены в основу обоснования перспективных типажей типизированных модельных объектовпредставителей как по России в целом, так и по ее регионам, кардинальным образом упорядочивающих и облегчающих решение на научной основе всей совокупности задач, связанных с обоснованием и проектированием агроинженерной системы растениеводства. В их числе, например, многовариантные расчеты потребности в технике и других материальнотехнических ресурсах, показатели производства при различных сценариях его развития и многое другое.

Разработка базовых интегрированных технико-технологических систем является действенным рычагом повышения рентабельности производства основных видов продукции растениеводства.

Создание рынка технологий и технических средств, оснащение разнообразных сельских товаропроизводителей интенсивными приемами производства растениеводческой продукции, обеспечивающими конкурентоспособность отечественного продовольствия на мировом рынке, во многом будут зависеть от масштабов применения техникотехнологических систем производства основного ассортимента продовольствия на основе систем технологий и комплексов машин для выполнения отдельных циклов работ, интегрированных в единые законченные технологии производства конкретных видов продуктов питания (сельскохозяйственного сырья и кормов) непосредственно сельскими товаропроизводителями или на основе их кооперации.

В результате устранения посредников, возможного сокращения числа технологических и особенно вспомогательных операций, технологически обоснованного снижения требований к ним и использования ряда других резервов создаются условия для значительного повышения рентабельности хозяйственной деятельности, прямого выхода на продовольственные рынки, для обретения реальной независимости от предприятий перерабатывающей промышленности и их монопольного ценообразования. Тем самым решаются многие проблемы, связанные с платежеспособностью хозяйств, с гарантийным обеспечением кредитования и т.д.

В заключении необходимо отметить следующее. С 1953 года на протяжении многих лет ВИМ совместно с другими зональными и отраслевыми институтами проводил исследования по системе машин. Однако с распадом Советского Союза эта работа была приостановлена. В настоящее время сложилась обстановка, когда интеграционные процессы во всем мире приобретают все большую актуальность.

В связи с этим важной составной частью технологической и технической политики может стать использование потенциала стран СНГ, в первую очередь Республики Беларусь. Целесообразно проработать на международном уровне вопрос о разработке системы технологий и машин, решающей проблемы взаимовыгодной интеграции и использования создаваемых в России и Республике Беларусь технологий и сельскохозяйственной техники. В дальнейшем к этой работе могут присоединиться другие страны СНГ.

Бейлис, В.М. Концепция разработки инновационного развития и модернизации комплексной механизации АПК на период до 2020 г.

/ В.М. Бейлис // Тракторы и сельхозмашины. – 2012. – № 11. – С. 7–10.

Ушачев, И.Г. Научное обеспечение «Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013–2020 годы» / И.Г. Ушачев // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2013. – № 2. – С. 10–11.

Елизаров, В.П. Система машин и технологий для растениеводства / В.П. Елизаров [и др.] // Техника в сельском хозяйстве. – 2009. – № 4. – С. 3–7.

УДК 63:(620.95:504.064.34)

КОГЕНЕРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА ОТЕЧЕСТВЕННОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Н.Ф. Капустин, к.т.н., Ю.А. Сунцова, О.А. Дытман Республиканское унитарное предприятие «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»

Термин «когенерация», обозначающий совместное производство электрической и тепловой энергии, вошел в обиход энергетиков относительно недавно. Такое производство признается перспективным направлением развития энергетики Республики Беларусь. Многочисленные преимущества когенерации описаны во многих учебниках и подтверждены практическими результатами эксплуатации.

Когенерационные установки нашли свое применение и в составе биогазовых комплексов. Поскольку биогаз – это продукт переработки органических отходов биокомплексов (молочно-товарных ферм, птицефабрик, свинокомплексов и др.), то эксплуатация когенерационных установок, работающих на этом виде топлива, является с экономической точки зрения очень выгодной. Использование когенерационной технологии позволяет снизить стоимость производства энергии путем повышения эффективности электростанции за счет использования тепловой энергии.

Система когенерации позволяет использовать то тепло, которое при традиционном производстве электроэнергии выбрасывается в окружающую среду, что способствует уменьшению производственных расходов. Электрическую энергию, произведенную когенерационной установкой, можно использовать для покрытия собственных нужд биогазового комплекса, а также поставлять в сеть. Потребителями энергии когенерационных установок могут быть любые сельскохозяйственные, промышленные предприятия, предприятия ЖКХ, имеющие подвод природного газа или налаженное производство биогаза.

В рамках постановления Совета Министров Республики Беларусь от 9 декабря 2010 г. № 1793 «Об утверждении плана мероприятий по разработке и освоению производства оборудования и комплектующих для биогазовых комплексов» на производственной базе ОАО «Витязь»

специалистами предприятия совместно с учеными РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» был разработан первый отечественный образец когенерационной установки УКГ-250 электрической мощностью 250 кВт (рисунок 1)[1].

Рисунок 1 – Общий вид УКГ-250 в контейнерном исполнении Основным принципом работы УКГ-250 является использование энергии газа при его сжигании в поршневом двигателе внутреннего сгорания. Момент вращения поршневого двигателя внутреннего сгорания переводится на генератор, который является источником электрической энергии. Тепловая энергия, возникающая в результате сжигания газа, используется для подогрева технической и отопительной воды. Для получения тепловой мощности используется тепловая энергия выхлопных газов и системы охлаждения двигателя.

Основными составляющими компонентами УКГ-250 являются:

система утилизации тепла (водо-водяной теплообменник; газотрубный и водотрубный котлы-утилизаторы выхлопных газов; пластинчатый теплообменник);

распределительное электрическое устройство и система управления;

В настоящее время в УКГ-250 применяются двигатель и генератор импортного производства. Однако на Минском моторном заводе завершаются испытания отечественного газодизельного двигателя мощностью 250 кВт, который заменит импортный аналог.

На рисунке 2 представлена структурно-технологическая схема работы УКГ-250.

Рисунок 2 – Структурно-технологическая схема работы УКГ- Природный газ (биогаз) из трассы топливного газа через регулятор давления и газовый фильтр поступает в смеситель и далее, смешавшись с воздухом, – в газопоршневой двигатель. Из двигателя выхлопные газы с высокой температурой (450–500) С поступают в газоводяной теплообменник и затем выбрасываются в атмосферу с температурой 120 С.

Газопоршневой двигатель УКГ приводит во вращение вал ротора электрогенератора. Генерированный электрический ток выводится в отдельно стоящий силовой распределитель. Тепловая энергия, образованная при охлаждении газопоршневого двигателя, и тепло из выхлопных газов отводятся через систему утилизации тепла. Циркулирующая по замкнутому контуру охлаждающая жидкость с температурой (85–95) С выходит из системы охлаждения газопоршневого двигателя и поступает в водо-водяной теплообменник, где охлаждается, подогревая сетевую воду (первая ступень подогрева сетевой воды). Далее сетевая вода поступает в газо-водяной теплообменник, где осуществляется подогрев сетевой воды за счет охлаждения выхлопных газов (вторая ступень подогрева сетевой воды).

Неиспользованное тепло, возникающее внутри установки в результате излучения от горячих частей, отводится вентиляционным воздухом.

Принудительное движение этого воздуха обеспечивает вентилятор. Вентиляционный воздух из УКГ выводится через акустический канал на стенке звукоизоляционного кожуха контейнера, где к фланцу подсоединен вентиляционный трубопровод (короб).

Общий КПД УКГ-250 составляет 81,8 % (45 % – тепловой и 36,8 % – электрический КПД).

В перспективе когенерационная установка может быть доукомплектована абсорбционными холодильными машинами, что позволит дополнительно производить холод для нужд кондиционирования и холодоснабжения (тригенерация). Получение третьего вида энергии даст возможность обеспечить сельскохозяйственные и перерабатывающие предприятия Беларуси дешевым холодоснабжением для хранения сельскохозяйственной и животноводческой продукции.

Применение современных прогрессивных энергосберегающих технологий в производстве тепловой и электрической энергии позволит значительно сократить затраты на содержание и эксплуатацию как тепловых, так и электрических сетей, значительно снизить для потребителя стоимость тепловой и электрической энергии.

Таким образом, главным преимуществом когенерационной установки является высокий коэффициент эффективности производства энергии и значительная экономия топлива по сравнению с отдельным производством электрической и тепловой энергии, что имеет немалое влияние на экологию и экономику производства. К тому же при децентрализованной схеме производства энергии повышается надежность тепло- и электроснабжения, снижаются потери электрической энергии на транспортировку и трансформацию, обеспечивается возможность применения новейших технологий использования возобновляемых ресурсов, формируется рынок тепло- и электроэнергии и т.д.

Использование возобновляемых источников энергии на высоком технологическом уровне позволит комплексно решать задачи повышения энергетической безопасности Республики Беларусь.

1. Об утверждении плана мероприятий по разработке и освоению производства оборудования и комплектующих для биогазовых комплексов: постановление Совета Министров Респ. Беларусь от 09.12. № 1793 // Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. – 2010. – 5/32972.

УДК 621.182/184:536.421/

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЛОСКИХ И ВАКУУМНЫХ

ГЕЛИОКОЛЛЕКТОРНЫХ МОДУЛЕЙ ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Н.Ф. Капустин, к.т.н., зав. лабораторией, Э.К. Снежко, к.т.н., н. сотр.

Республиканское унитарное предприятие РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»

В современных условиях определяющим фактором развития техники и повышения эффективности производства продукции в аграрном секторе экономики является энергетика, причем значительная доля энергии расходуется на энергозатратные технологии, связанные с эксплуатацией оборудования для децентрализованных систем отопления и горячего водоснабжения объектов агропромышленного комплекса.

Рациональное использование таких возобновляемых источников энергии, как энергия солнечной радиации, позволяет существенно снизить себестоимость продукции, о чем говорит опыт аграриев многих европейских стран, где солнечная активность не отличается от средней плотности солнечной радиации на территории Республики Беларусь. Над вопросом снижения стоимости и повышения энергоэффективности такого гелиотехнического оборудования, как, например, гелиоколлекторные водоподогреватели модульного типа, работают инженеры и ученые многих стран. Модульный принцип (параллельное соединение однотипных элементов) позволяет на основе унифицированных блоков создавать установки требуемой производительности.

В условиях сельского хозяйства нашей страны нашли применение разработанные нами многомодульные гелиоводоподогреватели для молочно-товарных ферм и гелиодушевые (на 150–300 л) для бытовых нужд сельского населения, снабженные плоскими гелиоколлекторными модулями (ПГКМ) как с термосифонной циркуляцией теплоносителя, так и проточными, спирального типа, для предварительного подогрева воды в котлах-парогенераторах и в инкубационных цехах рыбхозов. Стационарными гелиоприемниками в них служили ПГКМ: в первом случае – площадью 0,8 м2, а во втором – 3 м2.

Нами разработан типоразмерный ряд гелиоколлекторных установок с принудительной и с естественной (термосифонной) циркуляцией жидкого теплоносителя (воды), поступающего в бак-аккумулятор. Перспективными направлениями интенсификации процессов теплообмена в этих установках и повышения их производительности являются использование концентраторов солнечной энергии, оснащение ПГКМ автономными системами слежения за солнцем и надежной теплоизоляцией модулей и коммуникаций, применение вакуумных гелиоколлекторных модулей (ВГКМ), особенно ВГКМ на тепловых трубах. В ряде случаев повышение стоимости таких установок окупается ростом их тепловой производительности. Применение в европейских странах гелиоводоподогревателей с ВГКМ позволяет получать горячую воду с температурой более 40 °С в зимнее время при понижении температуры окружающей среды ниже 0°.

В последнее время гелиотехниками, в том числе сотрудниками нашего научно-практического центра и разработчиками гелиотехники в России, запатентован ряд систем слежения за солнцем для ПГКМ автономных гелиоустановок, использующих энергию солнца. В ряде технических решений для следящих систем ПГКМ в качестве двигателя в одних устройствах применяются термочувствительные элементы, использующие эффект деформации материалов (биметаллов и т.п.) при нагреве, в других – металлы, обладающие эффектом памяти формы. Все эти системы развивают недостаточные усилия для перемещения ПГКМ в процессе их слежения за солнцем.

Нами предложена автономная гелиосистема, в которой за счет энергии солнца (с помощью теплового двигателя) вода прокачивается через ПГКМ и одновременно под действием мощных капиллярных сил, возникающих в процессе испарения и конденсации теплоносителя в капиллярно-пористых пластинах емкостей переменного объема, происходит постоянная ориентация рабочих поверхностей ПГКМ в сторону солнца. Перемещающее устройство состоит из эксцентрично установленных обечаек, радиально и равномерно по окружности которых размещены указанные емкости. Величина и направление эксцентриситета обечаек зависят от интенсивности и направленности потока солнечной радиации соответственно. Энергию солнечной радиации можно использовать как для перемещения ПГКМ, так и для перекачивания жидкостей в гелиосистемах с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Осуществляется это как с помощью фотоэлектрических преобразователей [1], так и с помощью устройств для перекачивания жидкостей [2–3], работающих за счет энергии солнечной радиации.

В настоящее время нами разрабатываются ВГКМ, снабженные вакуумными теплоприемниками и двухконтурной системой циркуляции теплоносителей, что позволяет значительно интенсифицировать процессы теплообмена, снизить потери тепла, повысить энергоэффективность ВГКМ (особенно с применением селективного светопоглощающего покрытия рабочих поверхностей ВГКМ и с использованием термосифонных тепловых труб) и эффективно использовать гелиотехническое оборудование также в зимний период времени.

На рисунке 1 показан блок из трех ВГКМ в варианте крепления его на южной стене производственного здания опытного производства РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» для гелиоводоподогревателя «ОГВ-3» системы горячего водоснабжения душевых.

Преимущества и области использования ВГКМ Рассмотрим зависимость коэффициентов полезного действия ВГКМ от разности температур теплоносителя и окружающей среды.

Благодаря высокой теплоизоляции теплоприемников, ВГКМ работают очень эффективно при низких температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных теплоприемников цилиндрической формы ВГКМ перед обычными плоскими теплоприемниками ПГКМ начинает проявляться при температуре воздуха ниже 15 градусов Цельсия. При отрицательных температурах воздуха ВГКМ альтернативы не существует. Гелиоводоподогреватели на основе ВГКМ могут применяться как в целях горячего водоснабжения, так и для отопления дома. При этом в летнее время от них можно получать только горячую воду.

В остальное время года за счет энергии солнца можно получать до 60 % горячей воды. Испытания показали, что количество поглощаемой тепловой энергии ВГКМ почти в 1,3 раза больше, чем ПГКМ.

Конструкция стеклянных вакуумных труб теплоприемников ВГКМ похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую большего диаметра. Между ними создается вакуум, представляющий надежную тепловую изоляцию. Конвективные потери и потери на излучение, особенно ощутимые зимой, а также при высоких температурах нагреваемой воды очень низкие. Цилиндрическая форма трубок позволяет солнечным лучам падать на постоянную поверхность поглощения энергии перпендикулярно к оси трубки, что интенсифицирует процессы теплообмена даже во время захода и восхода солнца. Вакуумными теплоприемниками ВГКМ используется и рассеянная солнечная радиация, когда солнце закрыто облаками. При устройстве специальных отражателей эффективная воспринимающая площадь теплоприемников ВГКМ может быть в несколько раз больше аналогичной площади ПГКМ.

Рисунок 1 – Вакуумные гелиоколлекторные модули (ВГКМ) на стене производственного здания в г.п. Ждановичи В довольно простом и недорогом ВГКМ вакуумные трубки расположены под определенным углом к горизонту и соединены с находящимся выше них баком-аккумулятором тепла. Из него вода течет прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно, осуществляя термосифонную циркуляцию теплоносителя. К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Система должна быть безнапорной (с открытым бакомаккумулятором), чтобы на трубки не действовало давление. К недостаткам можно отнести больший объем воды циркуляционного контура (60–200 литров) и утечку воды при разгерметизации трубки ВГКМ. Но основным преимуществом системы остается низкая стоимость со всеми выгодами конструкции коллектора с вакуумными трубками.

Более надежной и эффективной является система циркуляции незамерзающей жидкости, прокачиваемой через ВГКМ (через коаксиальные медные трубки внутри вакуумных теплоприемников) и через теплообменник бака-аккумулятора или теплообменник второго контура. Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Его отличает присутствие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (до минус 5–10 градусов). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику [4].

Еще более эффективной и надежной при низких температурах окружающего воздуха является система циркуляции жидкого теплоносителя, прокачиваемого через холодные концы тепловых труб, горячие концы которых помещены внутрь вакуумных теплоприемников. Для организации самой циркуляции теплоносителя рационально использовать энергию солнечной радиации, как, например, в изображенном на рисунке 2 ВГКМ на тепловых трубах с панелями фотоэлектрических преобразователей, выпускаемом фирмой «Nimrod» [5].

1 – теплоизолированный короб; 2 – стеклянное покрытие короба;

3 – фотоэлектрическая панель; 4 – участки зон испарения тепловых труб;

5 – электронагревательные элементы; 6 – перегородки;

7 – тепловоспринимающая панель; 8 – теплообменные секции; 9 – участки зон конденсации тепловых труб; 10 – штепсельные разъемы Рисунок 2 – Схема конструкции ВГКМ с принудительной циркуляцией теплоносителя в зоне конденсации тепловых Передача тепла происходит через медную гильзу теплоприемника.

Благодаря этому первый контур циркуляции с незамерзающей жидкостью отделен от тепловых трубок, при повреждении одной из трубок ВГКМ продолжает работать. Процедура замены тепловых трубок достаточно проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую жидкость из первого контура циркуляции.

Еще одним важным преимуществом ВГКМ на тепловых трубах является их способность работать при температурах до –35 °С (полностью стеклянные ВГКМ с тепловыми трубками) или даже до –50 °С (ВГКМ с металлическими тепловыми трубками).

Обычно испарение легкокипящего теплоносителя тепловой трубы начинается при температуре трубы более +30 °С, таким образом, при низких температурах тепловая труба как бы «запирается» и не происходит потерь тепла через ВГКМ (например, ночью или в пасмурную погоду).

При этом сам ВГКМ помещается снаружи помещения (см. рисунок 1), а все остальное оборудование – внутри дома, что способствует минимизации тепловых потерь. В работе [6] приводятся схема и принцип действия разработанного оборудования для подогрева воды с помощью ВГКМ. Управление оборудованием осуществляется системой автоматического управления на базе контроллера «Solar-11.2».

Узким местом в системе передачи тепла от селективного тепловоспринимающего покрытия к жидкому теплоносителю в таких ВГКМ является организация передачи тепла от этого покрытия к наружной поверхности медных трубок коллектора с циркулирующим в них теплоносителем. Для решения этой проблемы нами предложена система передачи тепла с помощью Z-образных упругих пластинчатых элементов из материала с высокой теплопроводностью, плотно прижимающихся к теплопередающим цилиндрическим поверхностям покрытия трубок и образующих оптимальное равномерное оребрение этих поверхностей (в количестве 5–6 ребер).

Таким образом, в настоящее время все существующие ПГКМ и ВГКМ подогревателей воды делятся на модули пассивного типа с естественной термосифонной циркуляцией теплоносителя, которые достаточно просты, надежны и недороги, и модули активного типа с принудительной, создаваемой с помощью насоса, циркуляцией жидкого теплоносителя через гелиоколлекторный модуль. Гелиосистемы активного типа более эффективны, но в эксплуатации они намного дороже систем пассивного типа. Одним из основных их недостатков является зависимость расхода теплоносителя от угловой скорости вращения электродвигателя, задаваемой автоматическим устройством. Запатентованная нами гелиосистема принудительной циркуляции для нагрева воды [1] лишена этого недостатка, как и новый тепловой двигатель [7] и разработанные и запатентованные нами на его основе устройства для перекачивания жидкостей [2–3].

1. Гелиосистема принудительной циркуляции: пат. 2189 BY, F 24J 2/42, F 24J 2/46, F 24J 2/48 / М.М. Севернев, В.Н. Дашков, В.В. Кузьмич, Э.К. Снежко, В.О. Китиков; заявитель Белорусский научноисследовательский ин-т механизации сельского хозяйства. – Заявл.

20.05.1994; опубл. 30.06.1998 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал.

уласнасці. – 1998. – № 2. – С. 136.

2. Устройство для перекачивания жидкости: пат. 12450 BY, МПК F 03G 7/06 / Н.Ф. Капустин, Э.К. Снежко; заявитель РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». – № а 20060964; заявл.

29.09.2006.; опубл. 30.10.2009 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2010. – № 5. – С. 103.

3. Устройство для перекачивания жидкости для капельного полива овощей в открытом грунте: пат.7490 BY, МПК F 03G 7/06 А 01G 25/00 / А.А. Аутко, В.Г. Самосюк, Н.Ф. Капустин, Э.К. Снежко; заявитель РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» – № u 20101022; заявл. 12.08.2010; опубл. 30.08.2011 // Афіцыйны бюл. / Нац.

цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2011. – № 4. – С. 201–202.

4. Система солнечного тепло- и хладоснабжения / Под ред.

Э.В. Сарнацкого. – М.: Стройиздат, 1990. – 328 с.

5. Мирмов, Н.И. Комбинированные солнечные коллекторы с тепловыми трубками / Н.И. Мирмов, М.А. Плещинский, А.А. Васильев // Тезисы докладов и сообщений 14 Минского международного форума по тепло- и массообмену. – Минск: ИТМО НАНБ, 2012. – Т. 2, ч. 1. – С. 106–107.

6. Капустин, Н.Ф. Повышение энергоэффективности модульных гелиоколлекторов для децентрализованных систем теплоснабжения объектов агропромышленного комплекса / Н.Ф. Капустин, А.Л. Тимошук, Э.К. Снежко, Д.В. Дегтеров // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. науч.-техн. конф.: в 3 т.

/ РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». – Минск, 2012. – Т. 3. – С. 65–72.

7. Тепловой двигатель: пат. 13669 BY, МПК F 03G 7/06, F 28D 15/ / Э.К. Снежко; заявитель Э.К. Снежко. – № а 20060825; заявл. 04.08.2006;

опубл. 30.10.2010 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2010. – № 5. – С. 118–119.

УДК 621.315.

ПОИСК ПОВРЕЖДЕНИЙ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

РЕЗОНАНСНЫМ МЕТОДОМ

Д.С. Стребков, д.т.н., акад. РАСХН, В.А. Королев, к.т.н., В.З. Трубников, ст.н.сотр., А.В. Карачинцев, аспирант Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской сельскохозяйственной академии»

Даже соблюдение действующих норм, инструкций, методик монтажа, эксплуатации и ремонта не защищают кабельные линии электропередачи (КЛЭ) от случайных, внезапных повреждений. Кабельная линия, как и любой материал, средство, изделие, независимо от своей структуры, степени защищенности, дисперсности, обладает свойством старения, выхода из строя, возможностью механических повреждений при воздействии различных факторов: агрессивной среды, влажности, движения грунта, перенапряжений, нарушения технологического процесса прокладки, строительно-монтажных работ (связанных с развитием инфраструктуры – благоустройством) и многих других. Эффективное диагностирование, осуществление постоянного, надлежащего контроля состояний кабельных линий – одна из приоритетных задач повышения надежности, эффективного использования, своевременного ремонта энергосистемы, равномерного распределения мощности к потребителям электрической энергии.

В настоящее время известно множество методов диагностики, определения целостности, качества монтажа и прокладки, устранения слабых мест КЛЭ.

Довольно распространенным видом повреждений КЛЭ является однофазное, когда одна из жил кабеля замыкается на его экранирующую оболочку.

Однофазные повреждения в КЛЭ по значению переходного сопротивления в месте замыкания можно разделить на три группы: повреждения с переходным сопротивлением десятки и сотни мОм (заплывающий пробой), повреждения с переходным сопротивлением от единиц Ом до сотен кОм, повреждения с сопротивлением, близким к нулю [2].

Сегодня остро стоит проблема поиска однофазных повреждений (рисунок 1) с переходным сопротивлением, близким к нулю.

Предварительную локализацию места повреждения КЛЭ осуществляют импульсным, импульсно-дуговым, волновым и др. методами. При реализации этих методов достаточно точно определяют зону (диапазонный интервал) повреждения, но неоднородность кабельной линии, вызывающая искажения снимаемого сигнала (волны) кривой – показаний, обусловленных волновым сопротивлением проводника жил КЛЭ, увеличивает погрешность измерений с увеличением длины линии [1, 2].

Рисунок 1 – Рефлектограмма однофазного короткого Импульсный метод предусматривает последовательносканирующий аппаратный мониторинг трассы КЛЭ воздействием зондирующим сигналом и базируется на измерении временной задержки эхосигнала, приходящего от неоднородности, являющейся следствием обрыва, утечки или короткого замыкания в кабеле. При этом зондирующий сигнал представляет собой короткий (ударный) прямоугольный импульс электрического тока, а эхосигнал имеет колоколообразную или близкую к ней форму, что является следствием дисперсии скоростей распространения волн различных длин. Спектр зондирующего сигнала, в силу его малой длительности, очень широкий; спектр эхосигнала существенно меньше, из-за большего поглощения составляющих верхней части частотного диапазона. Определение времени задержки представляет трудности из-за нечеткости положения максимума эхосигнала, принимаемого измерителем за момент прихода эхосигнала, что вызывает снижение точности определения места повреждения кабеля.

Применение известных способа и устройства требует соблюдения определенного условия: переходное сопротивление в месте повреждения кабельной линии электроснабжения, в растяжках жил кабеля, в конце кабельной линии должно быть менее 200 Ом. Достижение такого переходного сопротивления прожигом изоляции требует значительных затрат времени и не всегда возможно, но всегда приводит к полному выходу кабеля из строя. Например, при сильной увлажненности кабеля ток только частично пройдет через место пробоя и будет растекаться далеко за повреждением в виде емкостного тока.

Следовательно, импульс будет отражаться от места пробоя не резко, а с постепенным затуханием.

Предложение решить задачу повышения эффективности устройств диагностики и локализации повреждений силовых кабельных линий является доработкой известного метода, предусматривающего воздействие на кабельную линию электроснабжения зондирующего сигнала и фиксацию эхосигнала.

Испытания проводят в резонансном режиме [3]. Для настройки устройства диагностики мест повреждения КЛЭ в резонансный режим осуществляют регулировку параметров сканирующего диагностического сигнала. В этом режиме в результате интерференции волн токов падающего (диагностического) сигнала и отраженного от места повреждения (эхо) сигнала образуются стоячие волны тока. Если диагностируемая кабельная линия электроснабжения настроена на режим полуволнового вибратора, амплитуда тока на ее входе существенно увеличится (результирующий ток равен сумме токов падающего и отраженного сигналов).

При этом зондирующий сигнал реализуют в виде непрерывного монохроматического сигнала, частоту которого при выполнении технологических операций диагностики и локализации мест повреждения плавно меняют. При фиксации значений эхосигнала выделяют максимальное его значение и по частоте зондирующего сигнала, соответствующей максимальному значению эхосигнала, определяют расстояние до точки повреждения кабельной линии электроснабжения (рисунок 2).

Рисунок 2 – Непрерывный монохроматический сигнал Получение однозначного отражения монохроматической волны в рабочем диапазоне длины кабельной линии является основой для фиксации максимального значения эхосигнала. Полученное расстояние исчисляется путем усреднения количественных показаний замеров до нулевой точки (отражение) волны.

Схема устройства диагностики мест повреждения КЛЭ с применением резонансного метода приведена на рисунке 3. В состав устройства входят источник непрерывного монохроматического сигнала 1, блок контроля 2, вычислительный блок 3, диагностируемая кабельная линия электроснабжения 4.

Рисунок 3 – Структура устройства диагностики КЛЭ При включении в работу источника непрерывного монохроматического сигнала в диагностируемой КЛЭ возникает падающая (бегущая) волна диагностического сигнала. В месте повреждения диагностируемой кабельной линии электроснабжения происходит отражение диагностического сигнала (изменение среды распространения), в результате чего образуется отраженная волна диагностического сигнала (эхосигнал).

В резонансном режиме в результате интерференции диагностического сигнала и эхосигнала образуются стоячие волны тока, и блок контроля зафиксирует увеличение тока на входе диагностируемой кабельной линии. В ходе испытаний диагностируемой КЛЭ производят контроль амплитуды стоячей волны тока в первой жиле диагностируемой кабельной линии, а также изменение потенциала в остальных жилах. После проведения испытаний с подключенной первой жилой кабеля одну из клемм первого входа блока контроля подключают к, соответственно, второй, третьей и четвертой жилам, а остальные подключения не изменяют и выполняют контроль диагностируемой КЛЭ для, соответственно, второй, третьей и четвертой жил.

При диагностике повреждения кабельных линий электроснабжения (кабель марки 2XS2YRAA – силовой кабель на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена, рабочее напряжение – 10 кВ) частота диагностического сигнала, при которой ток на входе диагностируемой кабельной линии электроснабжения в жиле кабеля, к которой подключен источник монохроматического сигнала, достиг некоторого максимума, равна 51,6·103 Гц. Скорость распространения электромагнитного возмущения в данном кабеле – 1,031·108 м/с. При этом потенциалы других жил кабеля не изменились. Диагностируется повреждение жилы кабеля на расстоянии от точки измерения, равном 999,03 м.

Ведется научная работа по изучению возможности применения резонансного метода при поиске повреждений КЛЭ. Возможно создание рассеивающего электромагнитного поля в точке замыкания токопроводящей жилы на оболочку, в результате чего распространение емкостного тока в кабельной линии за замыканием от источника, подающего сигнал, прекращается.

Кабель-news [Электронный ресурс]. – М., 2006–2013. – Режим доступа: www. kabel-news.ru. – Дата доступа: 02.03.2013.

Сакара, А.В. Организационные и методические рекомендации по проведению испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей / А.В. Сакара. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2006. – С. 104, 115, 119–120.

Стребков, Д.С. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии / Д.С. Стребков, А.И. Некрасов. – М.:

ГНУ ВИЭСХ, 2008. – 351 с.

УДК 631.371:621.311.004.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОПЕРАТОР КАК ИСХОДНОЕ ПОНЯТИЕ

ПРИКЛАДНОЙ ТЕОРИИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

И ЕГО СВОЙСТВА

Государственное научное учреждение «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии»

(ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии) г. Санкт-Петербург, Российская Федерация Необходимость практического обеспечения энергосбережения в производственных процессах с использованием энергетических ресурсов различных видов требует соответствующих теоретических обоснований [1].

В трудах профессора В.Н. Карпова предложена следующая унификация энерготехнологических процессов (ЭТП) для любых видов энергии:

– основные производственные ЭТП, производящие продукцию, реализуемую на рынке потребления;

– вспомогательные ЭТП, обеспечивающие основной ЭТП;

– ЭТП, создающие условия жизнедеятельности [2].

Дальнейшее развитие такого подхода в рамках прикладной теории энергосбережения в энерготехнологических процессах (ПТЭЭТП) приводит к необходимости выделения элементов энергетических цепей в составе ЭТП (т.н. энергетических операторов), которые также могут быть унифицированы по своим энергетическим свойствам.

Под энергетическим оператором (ЭО) понимается сосредоточенный компонент энергетических цепей. При таком подходе производится упрощение исследуемой динамической системы до идеализированных сосредоточенных элементов как абстрагированных пределов реальной системы при бесконечном уменьшении влияния прочих свойств системы.

Тогда энергетической цепью (ЭЦ) следует считать совокупность активных и пассивных ЭО, условно связанных между собой линиями взаимного влияния физических величин, характеризующих энергетическое состояние операторов.

Так, электродвигатель, представляющий собой устройство для преобразования электрической энергии во вращательное движение, для целей оптимизации его конструктивных и электрических параметров может быть представлен совокупностью контактов, обмоток, электрических и магнитных полей и т.д. Облучательная установка как устройство для преобразования электрической энергии в энергию поля оптического излучения при энергетическом анализе может быть представлена совокупностью устройства электрического питания, источника излучения, отражателя и т.д.

Математическим представлением ЭЦ является физическая система с сосредоточенными компонентами, представляемая в виде графа. Компонентами системы выступают ЭО, соединенные между собой через полюса. В ЭЦ протекают процессы различной физической природы: механические, электрические, тепловые, гидравлические, пневматические и т.д. В большинстве практических задач все они допускают представление цепи как системы с сосредоточенными параметрами.

Каждый ЭО, образующий структуру ЭЦ, вычленяется при математическом моделировании таким образом, чтобы отразить определенные свойства соответствующего реального объекта:

1. Операторы – источники, создающие потенциальную или кинетическую энергию различных видов. Примерами являются источники напряжения и тока, двигатели, компрессоры, насосы.

2. Операторы, рассеивающие энергию (участки трения, капилляры, сопла, демпферы).

3. Операторы, обладающие способностью накапливать энергию (конденсаторы, маховики, массивные подвижные элементы, теплонакопители).

4. Операторы, характеризующие инерционный эффект (индуктивные катушки, пружины).

Рассмотренные группы ЭО являются составными элементами теоретической модели реального энергетического объекта или процесса – виртуального энергетического блока (ВЭБ).

Математически состав и структура ЭЦ могут быть описаны полюсными уравнениями, отражающими свойства каждого ЭО без учета его соединений с другими операторами, а также уравнениями связей, учитывающими топологию схемы соединений ЭО без учета индивидуальных свойств последних.

Полюсным уравнением двухполюсного ЭО является функциональная зависимость между двумя физическими величинами, характеризующими его состояние [3].

Первый тип рассматриваемых физических величин может быть зафиксирован измерителями, включаемыми параллельно полюсам ЭО, без разрывания схемы соединений ЭЦ (вольтметрами, манометрами, термометрами, спидометрами). Данные величины характеризуют состояние ЭО относительно его полюсов (напряжение, давление, разность температур, скорость) и называются продольными переменными (или координатами) ( ).

Другой тип величин может быть зафиксирован измерителями, включаемыми последовательно с ЭО в точку разрыва схемы соединений ЭЦ (амперметрами, динамометрами, расходометрами). Данные величины характеризуют состояние ЭО относительно поперечного сечения направления протекания через них энергии (ток, сила, расход носителя энергии) и называются поперечными переменными (или координатами) ( ).

Активными энергетическими операторами (АЭО) являются элементы ЭЦ, представляющие собой источники энергии (давления, электрического напряжения, теплоты и т.д.).

Пассивными энергетическими операторами (ПЭО) являются элементы ЭЦ, не имеющие независимых источников продольных ( ) и поперечных ( ) координат (либо имеющие такие источники, но суммы одноименных координат которых равны нулю).

Приложение одного типа координаты ( ( ) или ( ) ) к ПЭО вызывает в последнем реакцию в виде возникновения координаты другого типа (соответственно, ( ) или ( ) ). Реакция зависит от свойств ПЭО и связей между ними. Численной характеристикой реакции для ПЭОi является показатель реакции ( ПР ) Ri. В соответствии с типом реакции координаты-следствия на координату-причину можно выделить три типа ПЭО (принятые ниже названия «пропорциональный», «дифференциальный» и «интегральный» условны и взяты по виду математических выражений в правой части формулы, описывающей зависимости f ( ) ).

Пропорциональный пассивный энергетический оператор ( ПЭО п ) – компонент, отражающий необратимый процесс превращения энергии в тепло. ПР для ПЭО п является величина, характеризующая интенсивность данного эффекта Rп (электрическая проводимость, коэффициент трения, крутильное сопротивление, пневматическая проводимость). При приложении продольной координаты ( ) к ПЭО п возникает поперечная координата ( ), пропорциональная величине прилагаемого воздействия Дифференциальный пассивный энергетический оператор ( ПЭО д ) – компонент, препятствующий изменению продольной координаты ( ).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
Похожие работы:

«1 ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ В ИННОВАЦИОННОМ РАЗВИТИИ РЕГИОНА Сборник статей по материалам межрегиональной научно-практической конференции школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых (19 февраля 2014 г.) Том I Красноярск, 2014 2 Экологическое образование и природопользование в инновационном развитии региона: межрегиональная научно-практическая конференция. Сборник статей школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых. Том I. – Красноярск: СибГТУ, 2014. – 332 с....»

«ИНФОРМАЦИОННОЕ ПИСЬМО № 2 Международная научно-практическая конференция ГИБРИДНЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ – 2010 г. Воронеж – 24 мая 2010 г. Приглашаем Вас принять участие в заочной международной научно-практической конференции Гибридный интеллект – 2010 (ГИ-2010), цель которой – объединить усилия российских и зарубежных специалистов в области изучения естественного, коллективного, искусственного и гибридного интеллекта. По итогам конференции будет выпущен сборник материалов, который в июне будет разослан...»

«Публикации студентов в 2008 году Статьи и тезисы докладов Первое полугодие 2008 г. 1. Саушкин М.Н., Афанасьева О.С., Дубовова Е.В. (5 курс), Просвиркина Е.А. Схема расчёта полей остаточных напряжений в цилиндрическом образце с учётом организации процесса поверхностно пластического деформирования // Вестник СамГТУ. Серия: Физ.- мат. наук и, №1(16). 2008. С. 85 – 89. ISSN 1991 – 8615. 2. Зотеев В.Е., Овсиенко А.С. (4 курс) Параметрическая идентификация специального уравнения Рикатти на основе...»

«Конференция МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ | 15 Maя 2013 Россия • Москва • Крокус Экспо СБОРНИК ТЕЗИСОВ Организаторы: Генеральный спонсор: Спонсоры конференции: Официальный переводчик: 1-4 октября 2013 | Место проведения: НОВОСИБИРСК МВК Новосибирск Экспоцентр Международная выставка и конференция MiningWorld Siberia – Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов Организаторы: Тел.: +7 (812) 380 60 16 Факс: +7 (812) 380 E-mail: mining@primexpo.ru www.primexpo.ru...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Филиал в г Избербаше ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ РЕФОРМА КАК ГАРАНТ СТАНОВЛЕНИЯ ОСНОВ ПРАВОВОГО ГОСУДАРСТВА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Сборник статей и тезисов Региональной научно-теоретической конференции 30 сентября 2010 г. 2010 УДК 342+343(063) ББК 67.400+67.408[я43] Издается по решению Ученого Совета филиала ДГУ в г. Избербаше Рекомендовано к изданию...»

«Публикации студентов кафедры Прикладная математика и информатика в 2004 году 1. Шапиевский Д.В. Моделирование процесса фильтрационного горения со спутной фильтрацией газа // Тезисы докл. XXX юбилейной студенческой научной конференции. Ч.1. Общественные, естественные и технические наук и. Самара, 2004. С. 66. 2. Новиков А.А. Структурная модель разрушающейся среды и ее применение к решению краевой задачи об изгибе балки в условиях неупругого реологического деформирования // Тезисы докл. XXX...»









 
2014 www.konferenciya.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Конференции, лекции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.