CC BY
9
номии использованной воды, уменьшения аварийности на сетях водоснабжения в результате исключения гидроударов и увеличения моторесурса насосных агрегатов и запорной арматуры. Приведены расчеты увеличения энергоэффективности электропривода путем замены существующей системы управления водонасосной установки современной системой на базе частотного преобразователя.
Ключевые слова: частотно-регулированный электропривод, водонасосная установка, эффективность.
Chumakevych V.A., Sokulsky O.E., Oliynik S.M. Energy Saving in Water-Pumping Installations through the Use of Variable Frequency Drive
The analysis on the economic effect of the introduction of variable frequency drives in water systems is made. Saving is emphasized to be achieved not only by reducing the amount of electricity consumed, but also by saving water used, reduce accidents on the water supply network as a result of the exclusion of water hammer, and increased use of equipment pump units and valves. The reduced payments increase energy efficiency by replacing existing electric control system water pump installation modern system based on the frequency converter.
Key words: variable frequency drives, water pumping plant, efficiency.
УДК 697.92 Асист. В.Б. Шептчак - НУ "Львiвська полтехмка "
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ПОВЕРХН1 ОПРОМ1НЕННЯ ПОВОРОТНИМИ 1НФРАЧЕРВОНИМИ ОБ1ГР1ВАЧАМИ
Виконано аншш юнуючих систем шфрачервоного опалення. Проведено експери-ментальш та розрахунковi дослщження температурного режиму зони опромшення по-воротними шфрачервоними обiгрiвачами. Розглянуто питания планування експеримен-ту та оброблення експериментальних даних, внаслщок яких було отримано рiвняння регреси. Наведено результати дослiджения температури поверхнi опромшення джере-лом теплоти за змши висоти встановлення та потужност iнфрачервоного обiгрiвача. Оцiнено вплив значень коефщенпв рiвияния регреси на параметр оптишзаци шляхом побудови поверхш вiдгуку.
Ключовi слова: теплозабезпечення, енергоощадш системи, опалення, шфрачерво-нi обiгрiвачi, променева енерпя.
Актуальнiсть роботи. Опалення буд1вель великих об'ем1в е достатньо складним завданням. Характерними для таких примщень е значна висота, не-достатня теплова 1золящя зовшшшх огороджень, ктотний повирообмш Вико-ристання традицшних водяних чи пов1тряних систем опалення е техшчно складним та економ1чно невипдним. У таких примщеннях робоча зона, в якш необ-хщно створити мжрокшмат, мае зазвичай висоту до 2 м. Це становить близько 20-30 % в1д загального об'ему. Багатолггшй досвщ засв1дчуе, що найефективш-шим способом опалення виробничих примщень е використання шфрачервоних систем, принцип роботи яких грунтуеться на локальному об1грш внаслщок вип-ромшювання [1-3]. Використовуючи щ системи, опалюються тшьки т зони, де об1гр1в е необх1дним. Внаслвдок, завдяки випромшюванню, нагр1ваються тшьки окрем1 поверхш та об'екти. Таким чином можна досягти необх1дного теплового стану в р1зних зонах примщення або окремих робочих мкцях [4].
Мета та задачi дослщження. Здшснити експериментальш та розрахун-ков1 дослщження температурного режиму зони опромшення поворотними ш-фрачервоними об1гр1вачами. При цьому розглянути питания планування експе-рименту та оброблення експериментальних даних. Особливу увагу придшити
Нащональний лкотехшчний унiверситет Укра'ши
встановленню впливу основних факторiв - висоти встановлення та потужностi випромiнювача на параметр оптишзаци - температуру поверхнi опромшення.
Експериментальш дослiдження. Планування експерименту можна ефективно використовувати шд час пошукових дослiджень, за неповного знан-ня механiзму технологiчного або фiзичного процеав, а також для шдтверджен-ня або описання вже вiдомих математичних виразiв. Основна перевага матема-тичних методiв планування експерименту полягае в скороченш частки експери-ментальних затрат у декшька разiв за рахунок оптимально! оргашзацп досль джень, мiнiмiзащi кiлькостi дослiдiв i частки анаттично! роботи. Скорочення кiлькостi дослiдiв лабораторних експерименлв досягаеться переважно завдяки вiдмовi вiд традицiйного принципу вивчення багатофакторних процесiв шляхом перегляду усiх чинниюв за певною оптимально складеною програмою [5-7].
Експериментальне дослiдження проведено для визначення температур-них полiв поверхнi залежно вiд iнтенсивностi опромшення шфрачервоним наг-р1вачем, висоти його встановлення та його обертальних руив у площинi. Установка складалась з iнфрачервоного випромiнювача 1, електричного двигуна з редуктором 2, горизонтально! ос обертання 3, пiдшипникового вузла обертання та крiплення системи 4 (рис. 1) [8].
Рис. 1. До^дна установка для визначення розподту температур поверхш
опромшення
Електричний двигун з редуктором 2, який знаходиться на однш горизонтально оа обертання 3 з джерелом шфрачервоного випромiнювання, забезпе-чуе рiвномiрнi та поступовi коливання випромiнювача. Променевий обiгрiвач завдяки такому руху здiйснюе рiвномiрне нагрiвання бшьшо! площi робочо! зо-ни. За допомогою пiдшипникового вузла 4 вся система кршиться до основи 5.
Температуру поверхш опромшення в примiщеннi лабораторií визначено шрометром "Нимбус-530/1" в певних точках координатно!' сiтки 9. Дослщження здiйснювали за змiнноí висоти встановлення нагршача: 1,6 м; 1,9 м; 2,2 м; 2,5 м; 2,8 м та за рiзних теплових потужностей: 1500 Вт, 2000 Вт, 2500 Вт. Нагршач обладнаний електричним двигуном з редуктором 2, що знаходиться на однiй ос з опалювальним приладом. Це забезпечувало коливальнi рухи довкола осi вип-ромiнювача. Дослiд повторювали при змЫ висоти встановлення нагршача (1,6 м; 1,9 м; 2,2 м; 2,5 м; 2,8 м) та за рiзних теплових потужностей (1400 Вт, 2000 Вт, 2500 Вт).
Анатз результатов експериментальних дослщжень змiни температури поверхш опромшення показав, що вона залежить ввд теплово!' потужностi ш-фрачервоного нагршача Qнaгp, Вт та висоти його встановлення Н, м. Основними факторами, якi впливають на величину температури поверхш, що опромь нюеться, прийнято висоту встановлення Н, м та потужшсть випромiнювача Qнaгp.. Групу факторш для оброблення вишряних величин наведено у табл. 1.
Табл. 1. Фактори i рiвнi планування
Назва фактора Кодове позначення Рiвнi факторiв
нижнiй -1 верхнш +1
Потужтсть на^вача Вт) х1 1400 2500
Висота встановлення на^вача (Н, м) Х2 1,6 2,8
Для визначення ступеня впливу кожного з цих параметрiв складали план-матрицю експерименту. Перше iз значень кожного фактора вщповвдало його мшмальному значенню i позначалося -1, друге - максимальному i позна-чалося +1. Необхiдну кiлькiсть дослвдв визначено за формулою
N = рк, (1)
де: р - кшьккть рiвнiв факторiв (р = 2); к - кшьккть факторiв (к = 2). Щоб виз-начити вплив вказаних факторiв проводили повний факторний експеримент ^22. План -матрицю двофакторного експерименту наведено у табл. 2.
Табл. 2. План-матриця повного факторного експерименту 2к при к = 2
№ з/п дослвдв Визначальт фактори Функщя вiдгуку
х1 (Qнагр) х2 (Н)
1 2 3 5
1 -1 -1 22,5
2 +1 -1 23,6
3 -1 +1 21,3
4 +1 +1 22,3
Приштка: х = Q,, х2 = К, г - вхiднi параметри експерименту; у = г,аС - пара-
метр оптишзаци.
Результати факторного експерименту дослiджень описано математич-ною моделлю полiнома вигляду
у = Ь0 + Ь1х1 + Ь2х2 + Ь\2х\х2, (4)
де Ь0...,Ь\2 - коефiцieнти ршняння регресií, якi обчислювали за формулою
Нащональний лкотехшчний унiверситет Укра'ни
1 N
ЬУ =Т7 Е , у = к .
Я 1=1
(5)
У рiвняннi (5) N - кiлькiсть дослщв; i - номер дослiду; у - номер фактора; хр - кодування значения фактора в дослщ; дз - значення змшш! стану, к -кiлькiсть факторiв.
Ь° = 22,5 + 23,6 + 213 + 22,3 = ^ ^ = -22,5 + 23,6 - 2Ц + 2^3 = °,525;
4 4
Ь2 = -22,5 - 23,6 + 213 + 22,3 = °, 625.
4
Внаслiдок отримано рiвняння регресп (див. формулу 4): у = 22,425 + 0,525х1 - °, 625х2 - 0, °25х1х2
Проведено перевiрку отримано'' залежносл: нехай х1 = +1, х2 =+1, тодi у = 22,425 + 0,525 1 - 0,625 1 - 0,025 1 1 = 22,3. 1з табл. 2 за значеннями х1 = +1, х2 = +1, вибрано у = 22,33.
22 33 - 22 3
Величина похибки дорiвнюe: 8 = —--— • 100% = 0,13%.
22,33
Для оцшювання впливу числових значень коефщенпв рiвняння регресií на параметр оптимiзащí побудовано поверхню вiдгуку (рис. 2).
Рис. 2. Поверхня вiдгуку
На рис. 2 зображено просир, на якому побудовано поверхню вщгуку. Вш заданий координатними осями, по яких вщкладено значення факторiв та параметру оптимiзацií.
Висновки. У цш роботi наведено результати експериментальних i розра-хункових дослiджень температурного режиму зони опромшення поворотними iнфрачервоними обiгрiвачами. При цьому встановлено, що за максимально'' по-тужностi обiгрiвача 2500 Вт i мiнiмальноí висоти його встановлення 1,6 м мак-симальне значення температури поверхш опромiнення становить 23,6 оС, а за
мшшальнш потужносп 1400 Вт i максимально!' висоти встановлення 2,8 м температура поверхш е мiнiмальною i становить 21,3 оС.
Лiтература
1. Анго М.А. Инфракрасные излучения / М.А.Анго. - Л. : Изд-во Изд-во "Госэнергоиздат", 1957. - 81 с.
2. Бураковский Т. Инфракрасные излучатели : пер. с пол. / Т. Бураковский, Е. Гизинский, А. Саля. - Л. : Изд-во "Энергия", 1978. - 408 с.
3. Ициксон В.С. Инфракрасные газовые излучатели / В.С. Ициксон, Ю.Л. Денисов. - М. : Изд-во "Недра", 1969. - 277 с.
4. Bakowski Konrad. Siesi I instalacje gazowe / Konrad Bakowski. - Warszawa : Wyd-wa "Nau-kowo-Tecxniczne", 2002. - 236 с.
5. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Наука", 1976. - 279 с.
6. Барабащук В.И. Планирование эксперимента в технике / В.И. Барабащук, Б.П. Креден-цер, В.И. Мирошниченко; под ред. Б.П. Креденцера. - К. : Вид-во "Технжа", 1984. - 200 с.
7. Ахназарова С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии : учебн. пособ. [для хим.-техн. спец. ВУЗов] / С.Л. Ахназарова, В.В. Кафаров. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1985. - 327 с.
8. Патент Украши на корисну модель № 81275. 1нфрачервоний обкршач / В.Б. Шештчак, Н.А. Сподинюк, В.М. Желих. 2013. - 23 с.
Шепитчак В.Б. Исследование температуры поверхности облучения поворотными инфракрасными обогревателями
Выполнен анализ существующих систем инфракрасного отопления. Проведены экспериментальные и расчетные исследования температурного режима зоны облучения поворотными инфракрасными обогревателями. Рассмотрены вопросы планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных, в результате которых было получено уравнение регрессии. Приведены результаты исследований температуры поверхности облучения источником теплоты при изменении высоты установки и мощности инфракрасного обогревателя. Проведена оценка влияния числовых коэффициентов уравнения регрессии на параметр оптимизации путем построения поверхности отклика.
Ключевые слова: тепло, энергосберегающие системы, отопление, инфракрасные обогреватели, лучистая энергия.
Shepitchak V.B. The Investigation of the Temperature of the Exposure Surface of the Rotary Infrared Heaters
The existing systems of infrared heating have been analyzed. The experimental and calculated studies of temperature condition exposure zone of the rotary infrared heaters have been done. The problems of experimental planning and processing experimental data, in which regression equation was obtained, are considered. The results of investigations the temperatures of surface exposure of heat source by changing the height of the installation and power infrared heater have been given. The influence of the coefficients of the regression equation upon parameter optimization by constructing surface response is estimated.
Key words: heat, energy-efficient systems, heating, infrared heaters, radiant energy.
