CC BY
12
Третья категория - остальные потребители.
Резервирование источников тепла по основному оборудованию обеспечивается следующим условием выбора котлов: при выходе из строя самого мощного котла производительность оставшихся котлов должна обеспечить покрытие в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха, от 78 до 91% расчетной нагрузки на отопление и вентиляцию для потребителей 2-й и 3-й категорий и 100%о расчетной нагрузки потребителей 1-й категории.
В связи с вышесказанным, для обеспечения экономичной и надежной работы котельной «6-й микр. Арбеково» необходимо произвести замену морально и физически устаревших котлов ДЕВ-10 на котлы более современные и экономичные, обеспечив резервирование. При аварийном останове одного котла идет недоотпуск тепловой энергии за один отопительный период порядка 15 тыс. Гкал. При условии, что стоимость 1 Гкал составляет 1296,73 руб., получаем потерю чистой прибыли порядка 7,5 млн руб. Внедрение новых котлов, обладающих высоким КПД (90 процентов и выше), а также повышение надежности теплоснабжения путем резервирования, обеспечивает за отопительный сезон экономический эффект от работы одного котла 390 - 480 тысяч рублей. Срок окупаемости затрат на приобретение и монтаж котлов не превышает 2 - 3 лет.
Список литературы / References
1. Арешкин А.А., Москаленко А.В., Горобец Н.В. Резервирование теплопот-ребляющих систем гостиниц и высотных зданий в закрытых тепловых сетях // Новости теплоснабжения, 2010. № 5. С. 46-50.
2. Артемов И.Н. В сборнике: Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК межвузовский сборник научных трудов. Ответственный редактор А.П. Левцев. Саранск, 2003. С. 7-9.
3. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети. Москва, 2007.
4. ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
5. Ефимов А.Ю. Проектирование систем воздухоснабжения и водоснабжения промышленных предприятий // Ефимов А.Ю., А.В. Ениватов, И.Н. Артемов / Учебное пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине «Технологические энергосистемы промышленных предприятий». Саранск, 2014. 104 с.
6. Кузнецов Д.В. Анализ надежности работы вентиляторных установок // Кузнецов Д.В. Ефимов А.Ю. / Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств Сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции. Редколлегия: А. П. Фомин, А. А. Гагаев (отв. ред.), С.П. Кудаев. Саранск, 2004. С. 136-137.
7. Левцев А.П., Артемов И.Н. В сборнике: Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса Республики Мордовия Материалы Республиканской научно-практической конференции, 2001. С. 220-221. Методика расчета материального баланса конденсационной сушилки.
8. СНиП II-35-76 «Котельные установки».
ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ Шнягин В.А. Email: [email protected]
Шнягин Виталий Алексеевич — магистрант, кафедра технологии машиностроения, Московский государственный технологический университет «Станкин», г. Москва
Аннотация: целью данной работы является разработка физической и математической моделей процесса электронно-лучевой сварки тонкостенных герметичных оболочек, как одного из условий сохранности критически важной технологии и её дальнейшей адаптации к современному программно-управляемому оборудованию. В процессе работы проводились экспериментальные исследования электронно-лучевой сварки гермооболочек из материалов ВТ-20, 12Х18Н10Т и Д20. В результате исследования были получены зависимости глубины проплавления от основных режимов сварки.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, физическая и математическая модели, гермооболочки, электроны, энергия, теплопроводность.
PHYSICAL AND MATHEMATICAL MODELS OF THE ELECTRON-BEAM WELDING PROCESS Shnyagin V.A.
Shnyagin Vitaly Alexeyevich - undergraduate, DEPARTAMENT OF ENGINEERING TECHNOLOGY, STANKIN MOSCOW STATE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, MOSCOW
Abstract: the purpose of this work is the development of physical and mathematical models of the process of electron beam welding of thin-walled hermetic shells as one of the conditions for the preservation of a critically important technology and its further adaptation to modern software-controlled equipment. In the course of the work, experimental investigations of electron beam welding of hermetic shells from materials VT-20, 12X18N10T and D20 were carried out. As a result of the study, the depths ofpenetration from the main welding regimes were obtained.
Keywords: electron-beam welding, physical and mathematical models, hermetic shells, electrons, energy, thermal conductivity.
УДК 621.791.72 DOI: 10.20861/2312-8089-2017-28-002
Согласно [1] расчет максимальной глубины, на которой электроны полностью теряют свою энергию, можно провести по формуле:
S =2,35^10-12^U2/p, (1)
где S - глубина проникновения, см; U - ускоряющее напряжение, B; р - плотность обрабатываемого материала, г/см3.
Например, при ускоряющем напряжении 60кВ, для большинства конструкционных сталей максимальная глубина S не будет оставаться в пределах 10-15 мкм. А значит, превращение энергии электронного луча в тепловую энергию произойдет в поверхностном слое материала. Из данных [2] следует, что воздействие электронного луча на поверхность обрабатываемого материала сопровождается рядом явлений, оказывающих значительное влияние на технологический процесс сварки. Так тепловое и рентгеновское излучения, а также отражённые вторичные и тепловые электроны снижают коэффициент полезного действия энергии электронного луча используемой для нагрева и плавления обрабатываемого металла.
Кроме того в [3] было установлено, что при сварке образуется парогазовый канал. Происходит интенсивное испарение материала. Давление отдачи паров, покидающих зону плавления, прогибает поверхность сварочной ванны и в расплаве формируется глубокий и узкий канал проплавления, жидкие стенки которого удерживаются давлением паров. Поэтому модели, построенные без учёта этих сложных явлений, могут использоваться только для предварительной оценки.
Модели, основанные на результатах статистической обработки данных, полученных при сварке деталей, пока имеют большее практическое применение. Но их применение ограничено набором материалов, размерами конструкций, геометрией стыка, диапазоном основных режимов сварки. В настоящей работе использовались численная и регрессионная модели. С помощью регрессионной модели определена функциональная зависимость глубины проплавления от тока сварки и тока фокусировки, а численная модель позволяет фундаментально проанализировать процессы протекающие при электро-лучевой сварке.
Перед началом моделирования заметим, что свариваемые гермооболочки предстваляют собой тонкостенные сферы, составленных из двух половин, соответственно сворной шов имеет форму кольца.
При численном моделировании электронно-лучевой сварки определяющим является процесс теплопроводности с учётом фазового перехода и других сопутствующих процессов. Ниже представлена физико-математическая модель переноса тепла, составленная по данным [4]. Уравнение теплопроводности в неподвижной среде представляет собой закон баланса
удельной внутренней энергии в элементарном объёме: ^pE = _ ¿jv ^ q^ + pQT (2)
где р — плотность, Е — внутренняя удельная энергия вещества, q — тепловой поток, QT _ мощность внутренних источников теплоты.
Основное положение теории теплопроводности, известное как закон Фурье, состоит в предположении пропорциональности теплового потока градиенту температуры в однородной неподвижной среде:
ч = ~хёга(}т, (3)
где Т — температура, а коэффициент теплопроводности вещества.
Для однозначного определения температуры ставятся начальные и граничные условия. В начальный момент времени задается распределение температуры в области:
т(к,0) = т0(к), Яеа. (4)
На внешней поверхности кольца задаётся граничное условие излучения в открытое
пространство: —
V дп у
где Т - температура окружающей среды.
Воздействие потока электронов на материал кольца инициирует выделение тепла. Для его моделирования используется объёмный источник энерговыделения, заданный в форме конуса. Для решения задачи теплопроводности применяется комплекс программ ЛОГОС.
Ниже на рис. 1 представлены общий вид свариваемых поверхностей и разностная сетка расчета, а на рис. 2 - поле температур на некоторые выбранные моменты времени.
Рис. 1. Общий вид свариваемых поверхностей и разностная сетка расчета
Для определения функциональной зависимости основных режимов сварки, от требуемой конструкторской документацией (КД) глубины проплавления (Щ использовалась модель, основанная на результатах статистической обработки данных. При этом рассматривалось два случая:
1. Зависимость глубины проплавления одновременно от тока сварки (1св.) и тока фокусировки (1ф.);
2. Зависимость глубины проплавления (Ц) от тока сварки ((1св.) при заданном токе фокусировки.
Рис. 2. Поле температур в различные моменты времени
Для определения основного режима сварки - тока сварки на практике в большинстве случаев достаточно использовать вторую зависимость (так как ток фокусировки определяет фокусное расстояние и задаётся габаритами свариваемой конструкции). Однако и первая зависимость может быть полезна, например, для уточнения режимов при сварке однотипных деталей. Коэффициенты регрессии определены в результате обработки экспериментальных данных (см. таблицу 1).
Таблица 1. Экспериментальные режимы сварки
ВТ-20 Д20 12Х18Н10Т
H, мм 1св, мА 1ф, мА H, мм 1св, мА 1ф, мА H, мм 1св, мА 1ф, мА
0,7.0,9 7 580 0,6.0,9 5 615 0,3.0,6 5 625
1,1.1,3 8 590 1,0.1,2 8 610 0,6.0,8 7 615
1,3.1,4 9,5 585 1,2.1,5 11 600 1,0.1,2 9 620
1,4.1,5 10 560 1,6.1,8 14 600 1,2.1,4 10 595
1,5.1,6 11 595 2,0.2,2 15 605 1,6.1,8 11,5 585
1,7.1,8 12,5 610 2,2.2,5 18 595 2,0.2,4 12 610
1,8.2,4 13 600 2,5.2,6 20 585 2,6.2,9 14 610
2,5.2,8 15 585 2,7.2,9 22 570 6,3.7,0 30 600
Замечание: H - глубина провара; 1св - ток сварки; 1ф - ток фокусировки.
Список литературы / References
1. Щербаков А.В. Разработка концепции построения систем управления и электрооборудования установок для прецизионной электронно-лучевой сварки. Дисс. ... д-ра техн. наук. Москва, 2012. 33 с.
2. Рыкалин Н.Н., Зуев И.В. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. 235 с.
3. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные процессы. Киев: Инкорс, 1998. 150 с.
4. Судник В.А., Ерофеев В.А., Рихтер К.Г. Численная модель электронно-лучевой сварки с экспериментальной проверкой // Известия тульского государственного университета, 2008. № 2. С. 233-237.
