CC BY
32METHODS OF EVALUATING PARAMETERS OF THE FERTILIZER GUIDE FOR HARD FERTILIZERS
IN THE MACHINE WITH ROTARY WORK TOOLS
Byshov Nikolay V., Rector of RSATU, Doctor of Technical Science, Full Professor
Мakarov Valentin А., Doctor of Technical Science, Full Professor, Chief Research Scientist VNIMS, g. Ryazan, va_ makarov@rambler.ru
Sbrodov Оleg Yu., Candidate of Technical Science, Representative Head of ОА "Bayer" «Байер», g. Ryazan
The hypothesis of fertilizers spread inhomogeneity when surface and within the soil belt fertilization with hard fertilizers is described by some random processes. The amount of fertilizers in a row per length unit when cultivating potato with machines having active work tools (rotary cultivators) is of great interest. The hypothesis of homogeneity and non-dependence will let describe the amount (volume, mass) of granules in a definite part of the row and can be described by the law of distribution according to theory of Muavr-Lapplas. As the amount of fertilizers per row length unit is of some interest so when estimating it is necessary to evaluate statistic values accuracy depending on "the experiment time", i.e. the row length where we take the soil sample containing fertilizers. We have discovered that the length of the experimental part must be maximal when time limits. It is presupposed to solve the constructive parameters task being put gradually: parameters statistic evaluation; approximation of the got values dependence; solving the task of optimization: finding the data bringing maximum to the chosen quality functional with the help of classical methods of evaluating some unfamiliar parameters of distribution like the method of maximum probability and the solution leads to the system of six linear equations with six unknown quantities. In order of data presence convenience it is reasonable to put the points in the form of the orthogonal grid choosing the computing origin in its center. The rectangle sizes must provide covering the range of the parameters possible variation. We have discovered that the results of optimizing the constructive parameters significantly
Literatura
1. Gnedenko B.V. Kurs teorii veroyatnostej.- M.: Nauka, 1965.- 208 s.
2. Ivchenko G.I., Medvedev YU.I. Matematicheskaya statistika.- M.: Vysshaya shkola, 1984.- 244 s.
3. Kramer G.N. Matematicheskie metody statistiki.- M.: Mir, 1975.- 362 s.
4. Gnedenko B.V. Kurs teorii veroyatnostej.- M.: Nauka, 1965.- 208 s.
5. Loev M.P. Teoriya veroyatnostej.- M.: Izdatel'stvo inostrannoj literatury, 1962.- 567 s.
6. Seber Dzhordzh. Linejnyj regressionnyj analiz.- M.: Mir, 1980.- 389 s.
7. Il'in V.A., Poznyak EH.G. Linejnaya algebra. - M.: Nauka, 1984.-271s.
8. Bendat Dzh.S, Pirsol A.K. prikladnoj analiz sluchajnykh dannykh.- M.: Mir, 1989.- 241 s.
9. KHemming D.S. CHislennye metody.- M.: Nauka, 1978.- 417 s.
10. EHjnkhoff P.I. Osnovy identifikatsii sistem upravleniya.- M.: Mir, 1975.- 335 s.
11. Madelung EH.V. Matematicheskijapparat fiziki.- M.: Nauka, 1968.-391 s.
12. TSytovich N.A. Mekhanika gruntov.- M.: Vysshaya shkola, 1983.-288 s.
УДК 662.76.032
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА
ДМИТРИЕВ Николай Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры автотракторной техники и теплоэнергетики
ПРОНИН Сергей Юрьевич, аспирант кафедры автотракторной техники и теплоэнергетики, proninsergey2691@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Статья затрагивает проблемы энергообеспечения сельского хозяйства, а также применения альтернативных источников энергии. На примере газогенераторных установок рассмотрена возможность применения альтернативных источников энергообеспечения в сфере агропромышленного комплекса, личных фермерских хозяйств. В ходе проведения исследований были выявлены основные проблемы при использовании газогенераторных энергоустановок. Для получения электроэнергии в данных установках используется двигатель внутреннего сгорания в комплексе с генератором. _© Дмитриев Н.В., Пронин С.Ю. 2016г_
Технические науки
в
Топливом для двигателя служит генераторный газ, полученный в газогенераторе. Данный газ на выходе имеет высокую температуру (700-80СРС), а также высокую степень загрязненности (до 100 г/м3). В состав загрязняющих генераторный газ веществ входят механические примеси в виде пыли, сажи и смол. Основную трудность представляет очистка газа от смол. При высокой температуре смола находится в газообразном состоянии. При снижении температуры до 350-200 0С происходит конденсация смолистых соединений, что позволяет очистить генераторный газ. Предложено технологическое решение проблемы очистки генераторного газа. Решение заключается в разработке регенеративного фильтра газогенераторной энергоустановки, который позволяет достичь высокой степени очистки генераторного газа и имеет возможность непрерывной работы.
Ключевые слова: газификация твердого топлива, газогенератор, генераторный газ, фильтрация газа, пористый регенеративный фильтр.
Введение
Необходимым условием для развития большинства промышленных отраслей и сельского хозяйства является потребление электроэнергии.
На примере некоторых стран, исходя из статистических данных рейтинга стран мира по потреблению электроэнергии (рис. 1), можно сделать вывод об энергетическом дефиците хозяйства России. Это может значительно сдерживать экономическое развитие страны.
Рис. 1 - График потребления электроэнергии различными странами
Кроме традиционных источников электроэнергии (ТЭС, ГЭС, АЭС) существуют альтернативные. Доля альтернативных источников электроэнергии во всем мире увеличивается за счет внедрения в производство новейших разработок в этой области. В странах Евросоюза около 20% потребляемых ресурсов являются альтернативными.
В России в настоящее время используются нефть и газ в качестве основного топлива. По данным Международного энергетического агентства (International Energy Agency), доля альтернативных источников электроэнергии в России составляет всего 1,5% от общего количества производимой электроэнергии [1].
К альтернативным источникам электроэнергии относятся ветровая энергетика, малая гидроэнергетика, солнечная энергия, энергетические ресурсы морей и океанов, геотермальная энергия, энергия биомассы [2].
В сельском хозяйстве важен вопрос энергообеспечения, так как затраты на электроэнергию включаются в себестоимость сельскохозяйственной продукции и могут достигать 40% [3].
Учитывая рост цен на электроснабжение, перебои в подаче электроэнергии, внезапные отключения и длительные сроки восстановления энергообеспечения, необходимо использовать альтернативные источники энергии. Использование таких источников энергии позволит значитель-
но снизить себестоимость продукции, обезопасит от рисков, связанных с отключением энергообеспечения.
К таким альтернативным источникам относится газогенераторная энергоустановка. Актуальность газогенератора особенно явно проявляется в сельском хозяйстве, в частности на деревообрабатывающих предприятиях. Остатки неделовой древесины, а также различные отходы производства в виде опилок, стружки, обрезков, имеющихся на деревообрабатывающих предприятиях в избытке, требуют утилизации, а следовательно, дополнительных затрат. При использовании газогенераторной установки в качестве альтернативного источника электроэнергии, отходы деревообрабатывающего предприятия служат топливом для газогенератора, что позволяет одновременно избавиться от отходов и получить дополнительную электроэнергию.
При использовании газогенераторной установки выявлены проблемы с очисткой генераторного газа, имеющиеся в существующих конструкциях фильтров газа. В связи с выявленными проблемами возникает необходимость разработки фильтра, способного эффективно очищать генераторный газ для его последующего использования в качестве топлива для ДВС.
Лабораторная установка и методы исследования
Газогенераторная установка (рис. 2) включает в себя газогенератор, фильтр для очистки генераторного газа, охладитель генераторного газа, смеситель газа и воздуха, двигатель внутреннего сгорания с генератором.
Рис. 2 - Газогенераторная энергоустановка
Газогенератор является основным элементом установки. В него через загрузочный люк помещают твердое топливо (древесные отходы). Топливо поджигается через специальное отверстие. Горение происходит при недостатке кислорода. Такой процесс называется пиролизом. В ходе протекания данного процесса образуется генераторный газ.
Генераторный газ перед использованием его в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания необходимо подготовить. В процесс подготовки входит очистка, охлаждение газа. После этого генераторный газ смешивается с воздухом и поступает в ДВС.
Сложность очистки генераторного газа заключается в высокой температуре на выходе из газогенератора, а также в присутствии среди загрязняющих веществ смолы. Существующие типы фильтров для газа имеют ряд недостатков, не позволяющих применение в составе газогенераторной энергоустановки. К таким недостаткам относятся невысокая степень очистки, низкий тем-Неочищенный генврагпорный газ
пературный диапазон рабочих газов, отсутствие возможности очистки от смолы.
Фильтры, способные работать в условиях газогенераторной энергоустановки, имеют непродолжительное время работы из-за сильной загрязненности генераторного газа смолой. Такие фильтры требуют частой регенерации. Регенерация происходит при полной остановке процесса фильтрации, в основном методом перемешивания или обратной продувки. Для осуществления регенерации необходимо прерывать процесс поступления генераторного газа в ДВС.
В связи с вышеуказанными недостатками возникает необходимость разработки фильтра, обеспечивающего высокую степень очистки газа, возможность работы с высокотемпературными газами, непрерывную фильтрацию.
На кафедре «Автотракторная техника и теплоэнергетика» ФГБОУ ВО РГАТУ, разработан регенеративный фильтр газогенераторной энергоустановки (рис. 3).
Рис. 3 - Регенеративный фильтр газогенераторной энергоустановки
Он состоит из цилиндрического корпуса (1), отделенного от трубопровода (9) разделительной сеткой (2), на которую насыпан слой пористого материала (3). Пористый материал (3) циркулирует внутри кожуха шнека (4), для перемещения нижнего слоя пористого материала в верхнюю часть фильтра. Перемещение осуществляется вращением вала (7). Вращение осуществляется при помощи привода (на рисунке отсутствует). Кожух (4) прикреплен к корпусу металлической пластиной (5). Вал проходит через трубопровод (9), вал (7) закреплен внутри трубопровода (9) в корпусе вала (8) [4].
Фильтр работает следующим образом. В верхнюю часть фильтра подается загрязненный генераторный газ, имеющий высокую температуру. Газ распределяется по всему объему фильтра, проходя через слой пористого материала. В верх-
нем слое происходит регенерация загрязненного смолами и мелкодисперсной пылью материала прожигом. Нижний слой накапливает на своей поверхности и внутри пор смолы и мелкодисперсную пыль, тем самым очищая газ. Очищенный генераторный газ по трубопроводу выходит из фильтра. Загрязненный пористый материал, при помощи шнека, поступает в верхнюю часть фильтра, где и происходит регенерация.
После разработки конструкции регенеративного фильтра газогенераторной энергоустановки необходимо определить его оптимальные параметры и режимы работы, проведя экспериментальные исследования.
Определены факторы, влияющие на степень очистки генераторного газа:
• высота насыпного слоя пористого материала,
• скорость вращения шнека.
Экспериментальные исследования включают в себя:
• определение загрязненности генераторного газа;
• выявление минимальной высоты слоя пористого материала;
• определение оптимальных параметров и режимов работы регенеративного фильтра.
В ходе проведения эксперимента предполагается подтвердить используемые для разработки фильтра теоретические данные.
Для определения минимальной высоты фильтрующего слоя, необходимо определить температуру газа внутри корпуса фильтра. На входе фильтра температура газа высока (700-800 0С). Но по мере прохождения генераторным газом слоев насыпного пористого материала температура снижается.
Для определения температуры внутри фильтра применяются термопары. Данный прибор, предназначенный для контроля температуры, был выбран после анализа всех характеристик и преимуществ по сравнению с другими методами.
Основным элементом, необходимым для проведения эксперимента, является установка для определения загрязненности газа методом внешней фильтрации (рис. 4). Установка для измерения загрязненности газа соответствует ГОСТ Р 50554-93, касающемуся аппаратуры для проверки фильтров и фильтрующих элементов. В данной установке используется также заборная трубка конструкции НИИОгаза. Трубка поставляется с комплектом сменных наконечников с внутренним диаметром выходных отверстий 4,2-12 мм. Сменные наконечники позволяют адаптироваться под широкий диапазон измерений, что повышает точность экспериментальных данных.
1 - патрубок выхода газа; 2 - пневмотрубка; 3 - микроманометр; 4 - вентилятор; 5 - зажимы; 6 - тройник; 7 - термопары; 8 - жидкостные манометры; 9 - реометр; 10 - фильтрующее устройство; 11 - трубка отбора загрязняющих веществ; 12 - блок управления вентилятором Рис. 4 - Схема экспериментальной установки для определения загрязненности газа
Результаты исследований
При проведении лабораторных испытаний проводился ряд экспериментов, различных по содер-
-Э
жанию. Каждый из экспериментов выполнялся с целью более точного определения конструктивных и технологических параметров пористого фильтра газогенераторной энергоустановки.
Первый эксперимент проводился с целью подтверждения теоретических данных по загрязненности газа. Загрязненность газа определялась методом внешней фильтрации при помощи установки, соответствующей ГОСТ Р 50554-93. Эксперимент осуществлялся при отсутствии в корпусе фильтра насыпного пористого материала. Загрязненность газа в среднем составила 50 г/м3 загрязняющих веществ. Загрязненность генераторного газа определялась после взвешивания контрольного фильтра на аналитических весах по формуле:
^ _ (ш2—тп^)+а+Ь %
где т(, т2 - масса фильтрующего материала до и после отбора пробы генераторного газа, г;
а - поправка на количество загрязняющих веществ, осажденных в канале трубки забора газа, г;
Ь - поправка на изменение массы материала на контрольных весах, г.
Второй эксперимент касается конструктивных параметров регенеративного фильтра газогенераторной установки. Он проводится с целью подтверждения теоретических данных о выбранной высоте фильтрующего слоя пористого материала. Генераторный газ, поступая в корпус фильтра, имеет высокую температуру. Вследствие этого загрязняющие газ вещества находятся в дисперсной фазе и не могут быть уловлены фильтрующим материалом. По мере прохождения газом слоев пористого материала температура снижается и происходит конденсация смол и прочих загрязняющих веществ. Проведение опыта позволило определить минимальную высоту фильтрующего материала, необходимую для достаточного снижения температуры генераторного газа. Минимальная высота составила 150 мм.
Заключение
В ходе проведения лабораторных исследований была разработана конструкция регенеративного фильтра газогенераторной установки. Данный фильтр позволяет непрерывно очищать генераторный газ ввиду регенерации пористого материала. Фильтр также способен работать при высоких температурах, обеспечивая высокую степень очистки генераторного газа. При проведении лабораторных исследований была установлена концентрация загрязняющих веществ в генераторном газе, а также определены конструктивные параметры и минимальная высота насыпного слоя. Применение такого фильтра в составе газогенераторных установок решает проблему очистки генераторного газа.
Список литературы
1. Уваров, П. А. Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России [Электронный ресурс] / П. А. Уваров //ЕСОТЕСО.
RU 1999. - Режим доступа :
URL:http://www.ecoteco.ru/library/magazine/ zhurnal-211/tehnologii/alternativnye-istochniki-energii-i-vozmozhnosti-ih-primeneniya-v-rossii. - 15. 01.2015.
2. Германович, В. Альтернативные источники энергии и энергосбережение [Текст] /В. Германович, А. Турилин . - М. : Наука и техника, 2014. -318 с.
3. Морозов, Н. М. Социально-экономическое
значение энергосбережения в сельском хозяйстве [Текст] / Н. М. Морозов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве : тр. 8-й междунар. науч.-техн. конф. - 2012. - С. 19-27.
4. Пат. 2560385 Российская федерация, МПК В0Ю 53/00. Регенеративный фильтр генераторного газа [Текст] / Дмитриев Н. В., Пронин С. Ю. ; заявитель и патентообладатель Рязанский гос. агротехнол. ун-т. - № 2014128738/05; заявл. 11.07.2014; опубл. 20.08.2015, Бюл. № 23.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF GENERATOR GAS PURIFICATION
Dmitriev Nikolay V., candidate of technical Sciences, associate Professor of automotive engineering and heat power engineering
Pronin Sergey Yurievich, post-graduate student, proninsergey2691@yandex.ru
Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev
The article touches upon the problems of energy supply of agriculture, and the use of alternative energy sources. For example, gas production plant considered the possibility of using alternative sources of energy in the agro-industrial complex, personal farms. During the studies there were basic problems in the use of producer gas power plants. For producing electricity in these plants use the internal combustion engine in combination with the generator. Fuel for the engine is the generator gas obtained in the gasify. The gas at the outlet has a high temperature (700 - 8000C) and high degree of contamination (100 g/m3). The composition of the polluting gas generator substances includes contaminants in the form of dust, soot and tar. The main problem is the gas cleaning from tars. At high temperature the resin is in the gaseous state. When the temperature drops to 350 - 200 0C the condensation of the resinous compounds, which allows to clean the producer gas. The proposed technological solution to the problem of generator gas purification. The solution lies in the development of a regenerative gas-filter plant, which provides the high purity gas generator, and also has the possibility of continuous operation.
Key words: gasification of solid fuel, gas generator, gas generator, gas filtration, porous regenerative filter.
Literatura
1. Uvarov P. A. Al'ternativnye istochniki ehnergii i vozmozhnosti ih primeneniya v Rossii. //ECOTECO.RU 1999.
URL:http://www.ecoteco.ru/library/magazine/zhurnal-211/tehnologii/alternativnye-istochniki-energii-i-vozmozhnosti-ih-primeneniya-v-rossii (data obrashcheniya 15. 01. 2015)
2. Germanovich V., Turilin A. Al'ternativnye istochniki ehnergii i ehnergosberezhenie. - Nauka i tekhnika, 2014.
3. Morozov N. M. «Yenergoobespecheniye i yenergosberezheniye v selskom khozyaystve» Sotsialno-yekonomicheskoye znacheniye eenergosberezheniya v selskom khozyaystve. Trudy 8-j Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii, 2012.
4. Pat. 2560385 Rossijskaya federaciya, MPK B01D 53/00. Regenerativnyj filtr generatornogo gaza. [Tekst]/Dmitriev N.V., Pronin S.YU., zayavitel' i patentoobladatel' FGOU VO RGATU. - № 2014128738/05; zayavl. 11.07.2014; opubl. 20.08.2015, Byul. № 23.
УДК 517.925.51
ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВАНЕНИЙ К ИССЛЕДОВАНИЮ
КОЛЕБАНИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ КУРАШИН Владимир Николаевич, канд. физ.-мат. наук, профессор кафедры математических и естественнонаучных дисциплин, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (институт) имени генерала армии В.Ф. Маргелова, kurachin@mail.ru
ТРОИЦКИЙ Евгений Иванович, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры бизнес-информатики и прикладной математики, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, matematika@rgatu.ru
В статье рассматривается Т-периодическая система линейных дифференциальных уравнений специального типа. Такими уравнениями, в частности, уравнением x+ax+q(t)x=0, описывается функционирование сельскохозяйственных агрегатов. Наиболее важным является вопрос об устой-
© Курашин В.Н.,Троицкий Е.И. 2016 г
