Системный подход к созданию кавитационно-вихревых систем для обеспечения ресурсосбережения в области теплоснабжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

• обеспечение абонентов сети справочной информацией, располагаемой в узлах сети.

В указанной системе наряду с решением технологических задач, необходимо решать задачи эффективного взаимодействия управляемых технологических объектов с ЭВМ сети. Использование для решения этих задач только ПЭВМ сети является сложной задачей. В разработанной вычислительной системе с телеобработкой применено совместное использование в узлах сети микро-ЭВМ и ПЭВМ [6]. При этом, программное обеспечение ПЭВМ позволяет решать технологические задачи, связанные с обработкой информации и выработкой управляющих воздействий. Программное обеспечение микро-ЭВМ решает задачи, связанные с взаимодействием с объектами управления: распределение потоков информации, определение приоритетности информации, обеспечение достоверности информации и др.

Связь микро-ЭВМ с ПЭВМ осуществляется через стандартный двунаправленный ЬРТ-порт, а с объектами управления через каналы передачи данных - радиоканалы общего действия.

Разработанная локальная вычислительная сеть представляет систему с распределенными

1. Ржевский В.В. Процессы открытых горных

работ. - М.: Недра, 1974.

2. Алексеев В.П. и др. Управление горно-

транспортными процессами в режиме усреднения качества руд. Материалы 11 международной конференции по автоматизации в горном деле. 1САМС-92, Екатеринбург, 1992.

3. Алексеев В.П., Дедегкаев А.Г. Управление

технологическим транспортом на карьерах. Международная академия информатизации. Сборник трудов «Информационные процессы, технологии, системы, коммуникации и сети», М., 1995.

4. Алексеев В.П. Новые решения автоматизиро-

ванных информационных систем для горно-транспортного комплекса ГОКов. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Промышленный транспорт на пороге 21 века», М., 1998.

аппаратурными, программными и информационными ресурсами. Это позволяет реализовывать различные структуры вычислительных систем применительно к различным ГОКам и обеспечивать требуемую надежность. Достоверность информации в разработанном программно-

техничес-ком комплексе обеспечивается совокупностью методов, которые условно подразделяется на две группы: методы обеспечения достоверности, закладываемые в технические средства при разработке аппаратуры и методы повышения достоверности информации при внедрении систем управления, т.е. при использовании конкретных средств с определенными характеристиками надежности и помехоустойчивости.

Разработанный программно-технический

комплекс является универсальным и может функционировать на карьерах различной конфигурации, с различными транспортными схемами и оборудованием.

Посредствам разработанного программнотехнического комплекса могут реализовываться различные структуры автоматизированных систем управления.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Дедегкаев А.Г., Алексеев В.П. Система передачи информации. информационный листок №63-99. Серия Р73.31.86. Российское объединение информационных ресурсов научно-технического развития при правительстве Российской Федерации, Владикавказ, 1999.

6. Алексеев В.П., Саракаев Ю.В. Микропроцессорные средства в сетях обработки данных АСУ транспортно-технологическими комплексами. Тезисы докладов 4-й Всероссийской студенческой научнотехнической конференции «Информационные технологии и электроника», Екатеринбург, 1999.

7. Дедегкаев А.Г. Алексеев В.П. АСУТП открытых горных работ на основе современных информационных технологий. Журнал «Горные машины и автома-итка», М., №1, 2001.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Дедегкаев А.Г. - профессор, доктор технических наук,

Алексеев В.П. - доцент, кандидат технических наук,

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).

© Н.И. Купрёёв, М.Б. Кйлйнтйи, 2004

УДК 532.528:621.671.

Н.И. Купреев, М.В. Колонтай СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ

КАВИТАЦИОННО-ВИХРЕВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Семинар № 10

ш Ш ри разработке принципиально новых

-Ж.-1 функциональных инженерных систем имеет большое значение формализация процессов проектирования, целью которой является упорядочение действий проектировщика в рамках жизненного цикла синтеза функциональной системы (рис. 1).

Предлагаемая модель жизненного цикла, выполненная в соответствии с российскими и международными стандартами, охватывает все работы по созданию новых функциональных систем, начиная от определения проблемы, решение которой призвана осуществлять система, и заканчивая серийным производством спроектированной и испытанной установки.

Жизненный цикл системы последовательно осуществляет четыре фазы синтеза, которые, в свою очередь подразделяются на стадии. Стадии каждой фазы подразделяются на ступени.

В настоящей работе, используя методы системного анализа, в рамках структурной модели жизненного цикла, получены и систематизированы на абстрактном уровне сведения, являющиеся исходными для выполнения конкретных конструкторских работ (чертежей и технической документации) по проектированию кавитационно-вихревых систем.

В настоящее время, вследствие перехода к рыночной системе хозяйствования, наибольший приоритет получили малые и средние негосударственные предприятия и фирмы, для которых условием существования является их экономическая эффективность. В свете обеспечения экономической эффективности предприятий и фирм важной является проблема снижения затрат на их функционирование. Способом решения этой проблемы является ресурсосбережение, в частности энергосбережение.

В рамках экономической проблемы энергосбережения путем синтеза кавитационновихревых систем решаются технические проблемы:

• отопление и горячее водоснабжение коммунальных объектов;

• энергетическое обеспечение теплоемких технологических производств.

В рамках решения проблемы энергосбережения, кавитационно-вихревые системы могут применяться в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, коммунальном хозяйстве.

Кавитационно-вихревые системы осуществляют нагрев жидкой рабочей среды с последующим отводом тепла потребителю. По сравнению с системами аналогичных функций кавитационно-вихревые системы (Юсмар, ТМГ, НТГ) являются наиболее эффективными. Сравнительная гистограмма эффективностей различных функциональных систем представлена на рис. 2. В качестве характеризующего параметра выбрана удельная теплопроизводительность, представляющая собой отводимую потребителю тепловую мощность в ваттах на 1 кВт потребляемой электрической мощности.

Кавитационно-вихревые системы, имеющие различные конструктивные исполнения, запатентованы и производятся рядом отечественных фирм, в частности ООО "НПФ "ТГМ" (системы НТГ).

На основании анализа функциональных структур кавитационно-вихревых систем различных фирм-производителей а также собственных научно-исследовательских работ, авторы предлагают на абстрактном уровне следующую оптимальную функциональную

структуру кавитационно-вихревой системы (рис. 3).

Планы решения проблемы

Стадия 02 '

Идентификация

проекта

Ступени

- разработать тех.

задание (ТЗ);

- разработать тех.

предложение; §

- согласовать с $

заказчиком Т

і

1-

Рис. 1. Модель жизненного цикла создания кавитационно-вихревых систем

Функциональная структура кавитационновихревой системы включает в себя трубопроводную обвязку, насос, двигатель, возбуждающее устройство, восстановитель, рабочую среду, средства контроля/ управления процессом, системы обслуживания. Рис. 3 иллюстрирует взаимосвязь компонентов функциональной структуры, определяющую конструктивные решения компонентов.

Необходимость стадии функциональной многими отечественными проектировщика-

структуры, которая ошибочно пропускается ми, сразу переходящими к составлению

153

Компонент 1

Транспортная

магистраль

среды

Компонент 2

Компонент N

Техническим

процесс

Структура

процесса.

дискретный

процесс.

непрерывный

процесс.

спеїрфический

процесс

Компонент

___Я*Г1Д_ -

Параметры •армация 1 1 Параметры вариации I 2

Параметры трубопроводов, аамти/м. «лапаны правда Тапиасоса, габариты насоса. >мсло ступеней. Диаметр рабочего ааласа, *акло оборотов

—}с*ямн*}-^ переплат**« или послед оеата/ъмо быстра» во юста.

—(с*«*и|—►

Трубопроводная Насос

| определяет | | контролируют |

Параметры аарим^м I 3

гормомталымУ ст»ид«рт>^у іаяоч Ван топ. мсто та. >асло оборот оа. моиростъ. утоп *а*ду фиаа о*

Дакгателъ

определяет ]

■] контролируют}—г ^

I контролируют |

Сиспмм ~ обслужаааимя

I

Тнй среды I 6

идаея‘лр«'

Рабочая среда

п

| коїгтроіиууют |

Гопределкет]

I пктают |

контролируют I =

Параметры 1 4

Тип устроДстаа/

»ігтмрчвощаа еоабувдапцаго

"'¡¡^овла^Г"

рашатсаГ упараяаап^уюирм до*»а*ет«і»в

расхода Во»4ухдеюи*е стробстао

и

контролируют | [<

I

Виды аоитропиГ

Граница отопительной системы

Источники энергии

Типы 1 *

батареи. Сф|«Т|РЫ потов.

Восстановитель

1 г

Отвод тепла.

Рис. 3. Функциональная структура кавитационно-вихревых систем

принципиальной гидросхемы, объясняется необходимостью формального подхода к выявлению функций каждого структурного элемента, а также наличием сложных связей между компонентами функциональной структуры кавитационно-вихревой системы, непонимание которых ведет к неправильной сборке, что снижает эффективность системы в целом. К примеру, многие производители кавитационно-вихревых систем предлагают параллельное подсоединение теплообменников, что позволяет сэкономить на напоре. Однако авторы, опираясь на опытные данные и выводы структурного характера, настаивают на последовательном подключении успокоителей, что становится очевидным после системного анализа кавитационно-вихревой системы (рис. 1.)

При работе системы, рабочая среда поступает в возбуждающее устройство, в котором жидкость закипает (кавитирует). При схлопы-вании пузырьков жидкости происходит гидроудар, вследствие чего генерируется ударная волна, приводящая к осцилляции молекул рабочей жидкости. Возбуждающее устройство также турбулизует течение жидкости, что при-

Рис. 2. Гистограмма эффективностей различных нагревательных систем

водит к возникновению пульсаций статического давления и расхода. Если частоты пульсаций, вызванных кавитацией, и частоты пульсаций давления и расхода совпадают, возникает резонанс, что способствует более сильному возбуждению микроструктуры жидкости. При попадании в успокоитель, жидкость, под действием полей сил, стабилизирует свое течение. Переход микроструктуры жидкости из возбужденного состояния в нормальное сопровождается тепловыделением.

Таким образом, тепловыделение происходит не в возбуждающем устройстве, а в успокоителе, роль которого и выполняют теплообменники.

При этом становится очевидным, что чем дольше жидкость течет по успокоителю и чем сильнее силовое воздействие в нем на жидкость, тем выше тепловыделение.

Использование функциональной структуры (рис. 3) позволит избежать как вышеописанной, так и многих других ошибок проектировщиков, возникающих при отсутствии фазы системного анализа в жизненном цикле создания функциональных систем.

Авторы надеются, что настоящая работа будет полезна как инженерам, желающим заняться проектированием кавитационновихревых систем, так и инженерам других специальностей при организации проектировочных работ, используя системно-структурный подход к синтезу новых технических систем и агрегатов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Навроцкий К. Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. - М.: Машиностроение. 1991. - 384 с.:

ил.

Коротко об авторах

Купреев Н.И. - кандидат технических наук, зав. аспирантурой ЗАО "НПО "Гидромаш". Колонтай М.В. - аспирант ЗАО "НПО "Гидромаш".