CC BY
13
УДК 681.32:631.371
it-технологии при испытаниях энергосберегающего оборудования для сельского хозяйства
Д.В. Казанский, главный инженер В.Н. Чувашев, начальник отдела испытаний ФГБУ «Подольская МИС» E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрены вопросы IT-технологий при испытаниях сельскохозяйственной техники, измерения параметров работающего оборудования современными цифровыми приборами, обработки полученных данных компьютерными программами для получения достоверных и обоснованных результатов. Показаны преимущества цифровых технологий и системного подхода к проведению испытаний сельскохозяйственной техники, круглосуточного мониторинга долговременных тепловых процессов в лабораторных условиях и непосредственно в хозяйствах с выездом специалистов-испытателей. Констатируется, что IT-технологии в целом и комплекс приборов, разработанных в ФГБУ «Подольская МИС» в составе системы ГЛОМИС-IT определения потребительских свойств техники для села, позволяет с высокой точностью и достоверностью проводить испытания сельскохозяйственной техники, определять показатели соответствия нормативным документам, требованиям энергоэффективности и экологии. Это обеспечит возможность направить в сельскохозяйственное производство наиболее эффективную и безопасную технику. Данная IT-система мониторинга предназначена для измерения и регистрации параметров испытываемого оборудования, связанного с процессами тепло- и холодообразования в сельском хозяйстве, а также с параметрами энергопотребления электроустановок различного назначения, на стационарных испытательных стендах и непосредственно в хозяйствах по следующим типам техники: паровые и водогрейные котлы; электроводонагреватели; танки-охладители молока; комплексы микроклимата; теплогенераторы; пастеризаторы; электрические установки различного назначения и пр. Ключевые слова: энергосбережение, технологии, коэффициент полезного действия, система, приборы.
При современном уровне развития техни- весь комплекс параметров техники при иски и технологий, динамичности процессов, пытаниях в области аккредитации ФГБУ повышения точности регулирования техно- «Подольская МИС» [2].
логических процессов тепло- и холодообра- Данная IT-система мониторинга предна-
зования при условии энергосбережения сред- значена для измерения и регистрации пара-
ства испытаний и измерений должны быть метров испытываемого оборудования, свя-
адекватными и иметь технический уровень занного с процессами тепло- и холодообра-
на порядок выше, чем объект испытаний. зования в сельском хозяйстве, а также с па-
Современное развитие цифровых IT-систем раметрами энергопотребления электроуста-
позволяет это обеспечить [1 ]. новок различного назначения, на стационар-
Существующие программно-аппаратные ных испытательных стендах и непосредст-
комплексы разработки фирм "ViTec" и "Na- венно в хозяйствах по следующим типам
tionallnstrnments" для дистанционных изме- техники: паровые и водогрейные котлы;
рений и удаленного контроля параметров электроводонагреватели; танки-охладители
оборудования требуют значительных капи- молока; комплексы микроклимата; теплоге-
таловложений и построены на базе импорт- нераторы; пастеризаторы; электрические
ных комплектующих. В соответствии с Фе- установки различного назначения и пр. деральным законом №264-Ф3 лабораторией При разработке данной системы приме-
разработана «Система ГЛОМИС-IT опреде- нены измерители отечественного производ-
ления потребительских свойств техники для ства класса 0,25, позволяющие подключать
села» (рис. 1), которая позволяет измерить стандартизованные датчики по ГОСТ.
Рис. 1. Система ГЛОМИС-1Т определения потребительских свойств техники для села
Комплектация IT-системы позволяет измерять следующие параметры: температура; давление; расход сред (вода, топливо и др.); дискретные параметры: счет числа включений, наработка оборудования; напряжение и ток в сети; экологические параметры (СО, СО2); временные характеристики рабочего цикла; параметры окружающей среды. IT-си-стема обеспечивает возможность представления информации в цифровой и графической формах на мониторе компьютера и сохранение данных на жестком диске компьютера и на автономных специальных модулях сбора данных. Принципиально система ГЛО-МИС-IT состоит из трех подсистем: стационарного комплекта, переносного комплекта, автономного инновационного измерителя ИИП-1, а также инфраструктуры ГЛОНАСС. В состав системы входит разработанный для лаборатории цифровой информационно-измерительный комплекс УМКИИС-2, оформленный в виде чемодана с размерами 460* 320* 150 мм в комплекте с ПК (рис. 2).
Рис. 2. Информационно-измерительный комплекс УМКИИС-2
Инновационный измеритель параметров ИИП-1 (рис. 3) с собственным модулем памяти может работать на объекте без подключенного компьютера с передачей информации по локальным и мобильным сетям. По-
ложительным качеством этого образца является возможность работы и накопления информации с любой дискретностью длительное время (до месяца и более), что позволяет получить полный набор измерений на протяжении всего цикла выращивания молодняка или инкубации яиц. Разработан инновационный измеритель параметров ИПИТ-1/3 (рис. 4), который обладая всеми качествами прибора ИИП-1, расширяет возможности визуализации процесса в ходе измерений. Предлагаемый мобильный вариант позволяет оперативно измерить и зафиксировать параметры работающего оборудования непосредственно в эксплуатационных условиях, а также провести временно й хронометраж элементов рабочего цикла с точностью до 1 сек. без участия хронометражистов. Результаты измерений визуально отражаются также на лицевой панели прибора. В представленном варианте предусмотрено 10 каналов измерений, однако интерфейс ЯБ-485 позволяет при необходимости подключить дополнительно необходимое число каналов (до 64) путем присоединения совместимых модулей ввода данных. Прибор апробирован при испытаниях электроводонагревателей АЭВН-200 и УАП -400, о чем составлен акт внедрения от 25 сентября 2018 г. Получен отзыв ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (лаборатория электро-теплообеспечения и энергосбережения) за подписью д.т.н. Тихомирова Д.А. Обработка данных осуществляется по специальным программам, заложенным в базовом компьютере с последующим формированием и печатанием протокола испытаний.
Рис. 3. Инновационный измеритель параметров ИИП-1
Рис. 4. Инновационный измеритель ИПИТ-1/3
Разрешающая способность приборов, входящих в систему, 0,1°С с погрешностью не более 0,25%, позволяет с высокой точностью измерить параметры работающего оборудования, рассчитать эксплуатационно-технологические показатели, выявить критерии с точки зрения экономии энергетических ресурсов и принять обоснованные решения о пригодности техники к эксплуатации. С помощью данной системы за последние три года проведены испытания ряда образцов техники: паровые котлы КП-160 «Витязь» ООО «Энергия пара», РИ-5М, КП-0,12, ВКВ-300 ОАО «Возовсельмаш», электрических водонагревателей ЭВА-1600 ФГБНУ «ВИЭСХ», АЭВН-200, УАП-400 «Орехово-Зуево». Испытаниям подвергнуты котлы паропроизво-дительностью от 160 до 500 кг пара в час.
Таблица 1. Технические показатели паровых котлов
Наименование показателей Марки паровых котлов с давлением пара до 0,07 МПа
КП- 0,12-16 КП- 0,12-50 ВКВ- 300Л РИ- 5М КП- 160
Паропроизводи-тельность, кг/ч 160 400 376 150 126
Расход топлива, кг/ч 10,6 27,8 27,8 11,6 10,9
Температура пара, оС 128 128 120 110 400
КПД, % 90,1 90,3 85,3 0,88 0,76
Установленная мощность, кВт 0,75 0,92 0,85 0,65 0,52
Масса, кг 620 1200 1700 540 250
Удельная материалоемкость, кг /кг пара 3,88 3,0 4,5 3,6 2,0
Удельный расход топлива, кг т/кг п 0,066 0,070 0,075 0,076 0,081
Базовый котел ВКВ-300Л ОАО «Возов-сельмаш» на жидком топливе в классе до 400 кг пара в час является устаревшей моделью прямоточного типа, т.к. имеет КПД на уровне 85% (что не соответствует требованиям ГОСТ 1.14-2012 - от 87 до 90%). Удельный расход топлива укладывается в норматив до 0,1 кг топлива на кг пара, но котел имеет высокую материалоемкость - 4,5 кг массы на кг пара. Вариант этого типа котла для газового топлива ВКВ-300Г имеет КПД до 87% и является более предпочтительным. Серия котлов КП-0,12 этой же фирмы отличается облегченной конструкцией с трехходовым потоком дымовых газов, что повышает КПД до 90% и снижает удельный расход топлива до 0,07 кг/кг пара. Материалоемкость также существенно ниже (3,0 кг/ кг пара). Кроме того, котлы этой серии имеют современный дизайн.
Паровой котел РИ-5М фирмы «Пром-энерг» занимает промежуточное положение по параметрам в классе до 160 кг пара в час и имеет КПД 88% с удельным расходом топлива 0,076 кг/кг пара и материалоемкостью 3,6 кг/кг пара. К преимуществам по размещению следует отнести меньшую занимаемую площадь, т. к. котел имеет вертикальное исполнение. Особое место занимает фирма ООО «Энергия пара», выпускающая типо-размерный ряд котлов КП от 120 до 800 кг пара в час. Эти котлы вертикального типа облегченной конструкции, прямоточные с турбулизаторами в трубном пучке. Материалоемкость снижена до 2 кг/кг пара. Установлено, что облегченная конструкция котла КП-160 «Витязь» имеет недостаточную площадь теплообменной поверхности, в силу чего паспортные показатели не обеспечиваются. Так, при паспортном расходе топлива 10 кг/ч, выход пара не превысил 126 кг/ч при КПД 76% (по паспорту 91%), а потери теплоты достигли 24% против норматива 10% по ГОСТ 1.14-2012. Температура уходящих газов превысила 450°С, что является опасным в противопожарном отношении [4]. Таким образом, наиболее предпочтительными образцами котлов на современном этапе являются котлы КП-0,12 ОАО «Возовсельмаш».
Водонагреватель - устройство для непрерывного нагрева воды в местной системе водоснабжения от 10 до 90°С [3]. Электроводонагреватели сельхозназначения в России производят региональные предприятия. В центральной зоне это «Термобалт» (Санкт-Петербург), «Кирсановский РМЗ» (Тамбов), ООО «Ремтехмаш» (Орехово-Зуево), «Сасо-воагропромсервис» (Рязанская обл.) и др.
Таблица 2. Характеристики водонагревателей
Наименование АЭВН УАП- ЭВА- ЭВН-
-200 400 1600 М-200
Электрическая мощность, кВт 4,6 9,45 18 6
Напряжение сети, В 380±10%
Рабочее давление, МПа не более 0,07
Емкость бака, дм3 200 400 1600 200
Производительность, цм3 /ч 62,6 126 200 72
Температура нагрева,оС От 10 до 90
КПД 0,96 0,92 0,95 0,92
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/л (дм3) 0,077 0,085 0,080 0,082
Масса, кг 100 120 650 105
Число фаз 3 3 3 3
Число ступеней мощности 1 1 2 1
Электрические водонагреватели ЭВН-М-200 и УАП-400 имеют устаревшую конструкцию, недостаточно высокий КПД (0,92) и повышенный удельный расход электроэнергии (0,085 кВт-ч на литр нагретой воды) [4].
Особый интерес представляют разработки ФГБНУ «ВИЭСХ» - автоматизированные энергосберегающие аккумуляционные электрические установки для нагрева воды ЭВА-1600 и АЭВН-200. Данные водонагреватели имеют улучшенную теплоизоляцию, что повышает КПД устройства (0,96) и обеспечивает снижение расхода электроэнергии (до 0,077-0,085 кВт-ч/л), а также встроенный таймер для регулирования суточного графика работы с целью использования льготного тарифа по оплате электроэнергии. Испытания инновационного электроводонагревателя АЭВН-200 с цифровым управлением и таймером льготного графика продемонстрировали высокую точность регулирования, экономию электроэнергии и годовой экономический эффект 2,5 тыс. руб. Установлено,
что при эксплуатации водонагревателей с большей емкостью (вместимостью до 1600 л) экономический эффект увеличивается. В последнем случае для фермы годовая экономия может составлять до 25 тыс. руб. только за счет использования льготного тарифа [4].
Для испытаний агрегатов, работающих в полевых условиях, предусмотрено использование приборов глобальной сети ГЛОНАСС, а также автономных измерителей-регистраторов типа ЛОГГЕР (рис. 1). В частности, ОВЕН ЛОГГЕР100 применяются для контроля температуры и относительной влажности воздуха в различных отраслях промышленности, логистических процессах, сельском хозяйстве и быту. Регистраторы ОВЕН ЛОГ-ГЕР100 рекомендованы к использованию для контроля и регистрации температурно-влаж-ностного режима, имеют прямое подключение к USB-порту компьютера, внесены в Госреестр средств измерений РФ, Белоруссии и Казахстана (объем памяти 32 000 значений; период регистрации от 2 с до 24 ч.)
Выводы. ^-технологии и комплекс приборов, разработанных в ФГБУ «Подольская МИС» в составе системы ГЛОМИС -ГС определения потребительских свойств техники для села, позволяет с высокой точностью и достоверностью проводить испытания сельхозтехники, определять показатели соответствия нормативным документам, требованиям энергоэффективности и экологии.
Литература:
1. Kазанский Д.В., Чувашев В.Н. Оценка инновационной деятельности производителей сельхозтехники в системе МИС URL: http://www.podolskmis.ru/otchety-o-rabote-mis/45-otchet-za-vtoroj-kvartal-fgbu-podols-kaya-mis-2/131-otchet-ob-okazanii-informatsionnykh-uslug-za-pervyj -kvartal-2014-goda
2. Иванов Ю.А. Направления научных исследований по созданию инновационной техники с интеллектуальными системами для животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2014. № 3(15). C. 4-16.
3. Чувашев В.Н. ^временное состояние и развитие средств нагрева воды для животноводства. URL: http://www.podolskmis.ru/otchety-o-rabote-mis/69-otchet-za-vtoroj-kvartal-2016-g/295-otchet-ob-okazanii-informatsionnykh-uslug
4. URL: http:// www.podolskmis.ru/ otchety-o-rabote-mis /66-otchet-za-chetvertyj-kvartal-2015-g/278-otchet-ob-okazanii-infor-matsionnykh-uslug
Literatura:
1. Kazanskij D.V., CHuvashev V.N. Ocenka innovacion-noj deyatel'nosti proizvoditelej sel'hoztekhniki v sisteme MIS. URL: http://www.podolskmis.ru/otchety-o-rabote-mis/45-otchet-za-vtoroj-kvartal-fgbu-podols-kaya-mis-2/131-otchet-ob-okazanii-informatsionnykh-uslug-za-pervyj-kvartal-2014-goda
2. Ivanov YU.A. Napravleniya nauchnyh issledovanij po sozdaniyu innovacionnoj tekhniki s intellektual'nymi sistemami dlya zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2014. № 3(15). S. 4-16.
3. CHuvashev V.N. Sovremennoe sostoyanie i razvitie sredstv nagreva vody dlya zhivotnovodstva. URL: http:// www.podolskmis.ru/otchety-o-rabote-mis/69-otchet-za-vtoroj-kvartal-2016-g/295-otchet-ob-okazanii-informa-tsionnykh-uslug
4. URL: http:// www.podolskmis. ru /otchety-o-ra-bote-mis/66-otchet-za-chetvertyj-kvartal-2015-g/278-ot-chet-ob-okazanii-infor-matsionnykh-uslug
IT -TECHNOLOGIES AT AGRICULTURE ENERGY -SAVING EQUIPMENT'S TESTING D.V. Kazansky, main engineer V.N. Chyvashov, test department head FGBY "Podolskya MIS"
Abstract. The IT-technologies issues at the agricultural machinery testing, the equipment operation with modern digital devices' parameters measuring, the by computer programs' data processing to obtain reliable and reasonable results are shown. The digital technologies' benefits and a systematic approach to agricultural machinery tes-ting, round-the-clock long-term monitoring of thermal processes in the laboratory conditions and directly in the farms by the specialists-testers are shown. IT-technologies in general and a complex of instruments developed by the FGBY "Podolskya MIS» in the GLOMIS-ITsystem's content of the village equipment's consumers properties definition, allows to determine with high accuracy and reliability agricultural machinery testing, the rates of compliance for normative documents and environmental protection's energy efficiency requirements defining is stated. This will provide opportunity for agricultural production the most efficient and safe equipment to send. Given IT-monitoring system is designed for tested equipment's parameters associated with agriculture heat and cold formation processes to measure and record, as well as with the energy consumption of electrical installations for various purposes parameters on stationary stands and farms directly testing on following types of equipment: steam and hot water heating boilers; electric water heaters; milk cooling tanks; microclimate's complexes; thermo genera tors; pasteurizers; electrical installations for various purposes, etc.
Keywords: energy saving, technologies, useful action efficiency coefficient, system, devices.
