CC BY
39
При проектировании аппаратных средств для гипертермии важную роль играет моделирование распространения тепла при проведении процедуры, которое позволяет сделать прогноз эффективности лечебной процедуры, а также корректировать ее ход.
Ключевые слова: общая гипертермия, локальная гипертермия, поверхностная гипертермия, электромагнитная гипертермия, ультразвуковая гипертермия, интерстици-альная гипертермия, лазерная гипертермия (термотерапия).
Stasevich S.P., Fedyniak I.R. The Review of Creating Artificial Hyperthermia in Biological Tissues Methods
The basic methods of creating artificial hyperthermia in living tissues, which may be used in the treatment of cancer, were considered. Heating the cells of the human body to a temperature higher than 42 ° C leads to their death. Therefore, the use of hyperthermia for heating of malignant tumors located deep in parts of the body to temperatures above 43 ° C, is widely used in modern oncology. The main technical aspects of general, local and superficial hyperthermia were analyzed. Advantages and disadvantages of the above methods were identified. When designing the hardware for hyperthermia, modelling of heat sharing during the procedure, which allows forecasting the effectiveness of the treatment procedure, as well as correcting its course plays an important role.
Key words: general hyperthermia, local hyperthermia, superficial hyperthermia, electromagnetic hyperthermia, ultrasound hyperthermia, interstitial hyperthermia, laser hyperthermia (heat therapy).
УДК62-83.075.8 Доц. В.О. Чумакевич1, канд. техн. наук
ст. викл. О.£. Сокульський2, канд. техн. наук; магктр СМ. Олшник1
ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ У ВОДОНАСОСНИХ УСТАНОВКАХ УНАСЛЩОК ВИКОРИСТАННЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛЬОВАНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА
Проаналiзовано екож^чний ефект вщ впровадження частотно-регульованого електропривода в системах водопостачання. Зазначено, що економш досягаеться не тшьки завдяки зменшенню юлькосп спожито! електроенергп, а й економiею використа-но! води, зменшенням аваршност на мережах водопостачання внаслщок вимкнення пдроудар]в та збшьшенням моторесурс]в насосних агрегапв i зашрно! арматури. Наведено розрахунки щодо збшьшення енергоефективност електропривода шляхом замши юнуючо! системи керування водонасосно! установки сучасною системою на базi частотного перетворювача.
Ключовi слова: частотно-регульований електропривод, водонасосна установка, ефектившсть.
Постановка проблеми. Енерпя, 1 зокрема електрична, е одним з найважливших продуктш у шдустр1альному сусшльств1. Дослщжено, що се-редшй прибуток, тривалкть 1 р1вень життя - важлив1 фактори, пов'язаш з1 спо-живанням електроенерги на душу населения в окремому репой чи в краЫ за-галом. Як 1 вс1 природй ресурси, енергетичй ресурси виснажуються, тому важ-ливо заощаджувати якомога бшьшу кшьккть енергп. Альтернативи пол1тий енергозбереження в УкраМ немае. Енергозбереження повинно перетворитися в йдгалузь промислово! енергетики та допомогти зекономити додатково значну кшьккть енергп. У цих умовах реал1зац1я полггики енергозбереження стае стра-тепчною лшею розвитку економжи 1 сойально! сфери.
1 Львгвський нацюнальний аграрний унгверситет, м. Львгв;
2 НТУ Украши "Ки1вський полггехшчний шститут", м. Ки1в
Бiльшiсть електродвигушв працюють у нерегульованому режиш, а от-же - з низькою ефективнктю. Через недолiки проектування й експлуатацц електропривода коефiцieнт завантаження багатьох машин не перевишуе 50 %, що вимагае зниження встановлено!' потужностi двигушв [1, 2, 9]. Робота привода в недовантаженому режимi призводить до значних втрат, не враховуючи зниженого значения коефiцiента потужностi, оскшьки загальна встановлена по-тужнiсть асинхронних двигунiв у краíнi становить близько 40.. .50 млн кВт.
Огляд останнгх досл1джень 1 публ1кац1й. Енергозбереження в елек-троприводi е частиною загального процесу ефективного використання електро-енергп i визначаеться трьома процесами [1-5, 9]:
• енергоспоживання - процес формування складових потужностi на входi перет-ворювача при роботi електроприводу. Цей процес характеризуется залежнос-тями активно!', реактивно! енергп i потужноси спотворення вiд швидкостi та моменту двигуна, показниками якоси електроенергп та !х впливу на характеристики електромеханiчних перетворювачiв;
• енерговикористання - процес використання потужностi споживано! з мереж, який характеризуе яюсну сторону процесу енергоспоживання та показуе, нас-кшьки ефективним е використання споживано! електроенергп, яка частина з не! належить до втрат, а яка - до корисно! потужностi, що передаеться на вал робо-чо! машини;
• енергокерування - процес формування режимiв енергоспоживання за допомо-гою технiчних пристро!в i систем, що впливають на кола управлшня електроп-риводом i перетворювальнi пристро!, що живлять цi кола.
Виртення цих процесiв можливе рiзними шляхами [4-6]. Перший шлях належить до найпроспшого некерованого масового електропривода й полягае в удосконалюванш процедури вибору двигуна для конкретно!' технолопчно!' установки з метою дотримання номшального теплового режиму двигуна шд час експлуатацц.
Вiдомо, що в окремих пiдгалузях промисловостi аварiйнiсть електродвигушв змшюеться вiд 20 до 60-70 % на рж, причому зазначенi показники вiдрiз-няються навиъ у разi однотипних пiдприемств або виробництв. Характерно, що в умовах загального спаду виробництва кiлькiсть аваршних виходiв з ладу машин не зменшуеться, а зростае. З урахуванням недовантаження електричних машин у нормальному технолопчному режимi на 20-25 % i зниження продук-тивносп в 2,5-3 рази, витрати на ремонт двигушв (при наробггку на вiдмову 4000 год) збшьшуеться [5-7].
Другий шлях пiдвишения економiчностi масового нерегульованого електропривода - перехвд на енергозберiгаючi двигуни та двигуни полiпшеноí конструкцп, спецiально призначенi для роботи з регульованим електроприво-дом. Третш шлях - усунення промiжних передач. Цей шлях реалiзуеться за до-помогою безредукторних електроприводiв. Четвертий шлях полягае у шдви-щенш ефективностi роботи електропривода, тобто у виборi рацiональних режи-мiв роботи й експлуатацп електропривода. Сюди входять:
• вибiр рацiонального способу й дiапазону регулювання швидкостi електропривода залежно вiд технологiчних умов роботи машин i механiзмiв;
• вибiр рацiонального способу регулювання швидкостi залежно вщ характеру змiни навантаження;
• шдвищення завантаження робочих машин;
• вимкнення режиму неробочого ходу;
• зниження напруги на затискачах двигуна;
• мiнiмiзацiя струму й втрат енергп АД при змiнi навантаження;
• оптишзащя динамiчних режимiв;
• використання синхронно! машини як компенсатора реактивно!
• потужноси;
• використання акумуляторiв енергп.
П'ятий шлях полягае у виборi рационального типу електропривода для конкретно!' технолопчно! установки й переходi вiд нерегульованого електропривода до регульованого. У разi неповного навантаження робота з постшною швидкiстю характеризуемся пiдвищеною питомою витратою електроенергií поршняно з номiнальним режимом.
Зниження швидкосп механiзмiв безперервного транспорту при недован-таженнi дае змогу виконати необхiдну роботу з меншою питомою витратою електроенерги. У цьому разi економiчний ефект з'являеться також завдяки по-лiпшенню експлуатацшних характеристик технологiчного устаткування. Так, у разi зниження швидкосп зменшуеться зношування тягового органа транспортера, збшьшуеться термiн служби трубопровод!в унаслiдок зниження тиску тощо. Ефект у сферi технологи часто виявляеться iстотно вищим, нiж за рахунок еко-номи електроенерги [6-9].
З шшого боку, висуваеться необгрунтоване бажання використати плавно регульованi системи привода з бшьшим диапазоном регулювання для цих установок. Водночас достатньо великий дiапазон регулювання продуктивностi для меха-нiзмiв з вентиляторним характером навантаження можна отримати при даапазош змши швидкост!, що не перевищуе 20 %. Шостий шлях - полшшення якостi елек-троенергií засобами силово!' перетворювально'' техшки регульованого електропривода. Сьомий шлях - економш електроенерги робочими установками й мехашзма-ми внасл!док шдвищення ефективност! виконання технолопчного процесу.
Мета роботи - дослвдити ефективнкть використання частотно-регульо-ваного електропривода у водонасосних установках.
Виклад основного матерiалу. Найбшьш перспективним, на наш погляд, енергозбер!гаючим ефектом у водонасосних установках е впровадження частот-но-регульованого електропривода [6-8]. З огляду на нер!вном!рний характер во-доспоживання, для насосних станций виникла вкрай гостра потреба плавного регулювання !хньо! продуктивной (нашр ! подача).
Традицшно продуктившсть насосних станцш у системах водопостачан-ня та водовщведення регулювалася стушнчасто або дроселюванням нашрними засувками. Але так! способи регулювання е нееконом!чними. Кр!м цього, збшь-шуеться знос устаткування через част! пуски ! зупинки агрегапв; частше вихо-дять з ладу нашрш засувки, внаслвдок того, що засувка е зашрною арматурою ! не призначена для регулювання. Плавне регулювання продуктивносп насосних агрегапв може бути забезпечено кшькома способами:
• застосуванням двигутв постiйного струму, число обертiв яких змiнюють шляхом регулювання напруги живлення;
• застосуванням рiзноманiтних муфт ковзання (iндукцiйних, гiдравлiчних, елек-тромагнiтних);
• змшою частоти напруги двигуна агрегата (регульованих електропривод).
Найбшьше поширення на цей час мае спос16, за якого в спешальному ти-ристорному перетворювачi напруга частотою 50 Гц може бути перетворена у напругу задано'' частоти. Як вщомо, швидкiсть обертання електродвигуна прямо пропорцiйна частой напруги живлення. Змiнюючи кiлькiсть оберпв, можли-во домогтися змши подачi р, напору Н, потужностi N у такш залежностi:
= п_; Н = ( иЛ2; N = (
Q1 по' Но ^поJ ' N0 ^по
де: п_ i п0- кiлькiсть обертiв електродвигуна при робочш (п_) i номiнальнiй (п0) частотi напруг живлення; Н1 i Н0 - напiр насосного агрегата; Q_ i Q0 - подача насосного агрегата; N1 i N0 - потужнють, споживана агрегатом.
Розглянемо детальнше методи регулювання подачi та напору. Регулю-вання шляхом дроселювання зводиться до зменшення потоку води у трубопровод^ що зумовлюе додатковi витрати електроенерги, оскшьки помпа постiйно повинна переборювати протитиск, створений нашрною засувкою [6, 7].
Рис. 1. Характеристики Q - Н Рис. 2. Характеристики Q - Н при
насосу та мережi при дроселюванш змтюванш числа обертке насосу за натрною засувкою допомогою регульованого
електроприводу
На рис. 1 показано змшу характеристики мереж! при регулюванш подач! i напору насоса за допомогою дроселювання натрною засувкою, характеристика насоса при цьому залишаеться незмшною крива С. Крива А е характеристикою мережi водопостачання при вщкритш регулювальнш заслшщ, крива В крива, що характеризуе мережу при зменшенш подачi (витрати). Точка Е е робо-чою точкою при максимальны подач^ при цьому потрiбна потужнють дор1в-нюе: 1-1=1. Точка Б е робочою точкою при 70 % подачг 0=0,7; Н=1,25. Потр16-на потужн1сть дорiвнюе: 0,7-1,25=0,875.
На рис. 2 показано змшу характеристики при регулюванш продуктив-ност1 помпи шляхом плавного регулювання швидкосп обертання внаслщок встановлення регульованого електропривода. При цьому характеристика насосу крива В зсуваеться паралельно паспортнiй до початку координат крива С, а характеристика мережi залишаеться незмшною. Точка Б е робочою при максимально подач1 Потр16ш потужн1сть дорiвнюе: 1-1=1. Точка Е е робочою точкою при 70 %. Потр16ш потужшсть при цьому: 0,7-0,63=0,44.
Застосування регульованого електропривода призводить, кр1м економií електроенергií, до додаткових позитивних факторiв:
• зменшення аваршноси на мережi водопостачання за рахунок виключення пош-
TOBxiB та гiдроударiв при регулюваннi i плавному пуску чи зупинщ агрегатiв;
• збшьшення моторесурсу насосних агрегатiв i запiрноí арматури.
Найбшьший ефект вщ застосування регульованого електропривода дося-
гаеться при побудов1 на його баз1 систем автоматичного регулювання напору у мереж1 водопостачання. При цьому нашр може автоматично шдтримуватись за заданим значенням напору в контрольнш точщ мереж1 або на виход1 насосно! станцй'. Наприклад, водонасосна установка потужнктю Рн = 1600 кВт, на якш керування подачею (витратою) води вщбуваеться за допомогою дросельно! зас-лшки, замшюемо на сучасне частотне керування. Для реал1зацп частотного керування використаемо частотний перетворювач з робочою напругою 525690 В. Вихщними даними для розрахунку е так параметри мереж1 водопостачання, споживач1в, а також насоса:
• потрiбний напiр - Нп=54 м;
• потрiбна продуктивнiсть - Qn=2630 м3/год;
• номiнальний напiр - Нн= 100 м;
• номшальна продуктивнiсть - QH=5760 м3/год;
• номiнальне число обертiв - nH=750 об/хв;
• потужнiсть насосного агрегата: N„=1600 кВт;
• висота тдйому води за нульово'1 продуктивноси - Нф=125 м;
• вщносна мiнiмальна подача води - l = 0,46;
• вiдносний фштивний напiр - Нм = 0,54;
• а>* = 0,21 (по розрахункових кривих).
Потр1бну кшьккть оберпв для забезпечення потр1бно1 продуктивной знаходимо з формули:
n =,H + f1 _H-\f ÖLT - lj± + [1 - J±V2630f = 557, об/хв. (2) ]ИФ [ Hf Д Qh J \125 l 125 Д 5760J
Споживання електроенергп кнуючим (не модершзованим) електропри-водом визначаемо з виразу
W = РдвМм -к, -Тр, (3)
де кз - коефщент завантаження електроприводу.
W1 = 1600 0.73-8760 = 10231,2 тис кВтгод/рк.
Економда електроенергп знаходимо за формулою
DW = Nh-Tp w*, (4)
де: NH- номшальна потужнкть насосного агрегата, кВт; TP - час роботи насосного агрегату за рк (Т=8760 год); w* - параметр, що характеризуе вщносш втрати електроенергп, що спричиняеться перевищенням напору.
DW = 1600 - 8760 - 0.21 = 2943 тис. кВтгод/рк.
Зпдно з проведеними розрахунками, шсля замши кнуючо! системи керування водонасосною установкою на сучасну систему на баз1 частотного пе-ретворювача АВВ ACS-800-07-2120-7, отримуемо енергетичний ефект завдяки скороченню споживання електроенергп на 28,7 %. Також впровадження енер-
гозберiгаючого електропривода дае змогу отримати економда води, внаслщок зменшення втрат у мережi пiдвищеним тиском [6-8].
Pi4Hy продуктивнiсть водонасосно!' установки з кнуючим приводом виз-начаемо з формули
Врч = Qn- Tp. (5)
Поставивши вiдповiднi значення у формулу, отримаемо
3
Bpi4 = 2630 - 8760 = 23038800—.
рхк
Pi4^ економда води визначаемо з формули
DBpi4 = ——n • Qn • ггод. (6)
Пiдставивши вiдповiднi значення у формулу, отримуемо економда води Aßpi4 = 0,07 •100 ~ 54 • 2630 • 8760 = 7418493,6—
Р 10 piK
що становить 32,2 %.
Висновки i перспективи подальших дослщжень. Проведенi досль дження показали високу ефектившсть використання частотно-регульованого електропривода, що призведе до пiдвищення енергоефективносп електропривода та дасть змогу зекономити значну кiлькiсть води. Таким чином, впрова-дження частотно-регульованого електропривода дасть змогу ктотно знизити собшарткть послуг водопостачального господарства.
Лiтература
1. Свичарник Д.В. Электрическое машины непосредственного привода. Безредукторный электропривод / Д.В. Свичарник. - М. : Изд-во "Энергоатомиздат", 1988. - 208 с.
2. Сапсаев А.В. Циклический безредукторный электропривод / А.В. Сапсаев // Электротехника : сб. науч. тр. - 2000. - № 11/00. - С. 29-34.
3. Чучман Ю.1. Прецизшний тихохщний безредукторний безконтактний електропривод / Ю.1. Чучман, 1.З. Щур, М.В. Черепаняк, В.М. Журюна // Електрошформ. - 2006. - № 2. - С. 13.
4. Сабинин Ю.А. Безредукторный позиционный электропривод / Ю.А. Сабинин, А.В. Денисова // Электротехника : сб. науч. тр. - 1999. - № 8. - С. 22-28.
5. Закладний О.М. Енергозбереження засобами промислового електропривода : навч. по-сiбн. / О.М. Закладний. - К. : Вид-во "Кондор", 2005. - 408 с.
6. Актуальность проблемы энергосбережения в системе водоснабжения // Новости приводной техники : ежемесячная газета. - М. : Изд-во "Экополис", 2001. - № 6., № 6-7.
7. Использование частотно-регулируемого электропривода в насосных станциях // Новости приводной техники : ежемесячная газета. - М. : Изд-во "Экополис". - 2002. - № 2 (10). - Код № 10-6.
8. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках / Б.С. Лезнов. - М. : Изд-во "Энергоатомиздат", 1991. - 144 с.
9. Браславский И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании частотно-регулируемых асинхронных электроприводов / И.Я. Браславский. - М. : Изд-во Электротехника : сб. науч. тр. - 1998. - № 8. - С. 2-5.
Чумакевич В.А., Сокульский О.Е., Олийник С.Н. Энергосбережение в водонасосных установках за счет использования частотно-регулируемого электропривода
Проанализирован экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого электропривода в системах водоснабжения. Подчеркнуто, что экономия достигается не только за счет уменьшения количества потребленной электроэнергии, но и за счет эко-
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 регресп. 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 оптишзацп 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 м1крокл1мат, 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 питання планування експе-рименту та оброблення експериментальних даних. Особливу увагу придшити
