CC BY
86
Литература.
1. Горячкин В.П. Собрание сочинений: в 3 т. - 2-е изд. - М.: Колос, 1968. - Т. 1. - С. 245.
2. Бузенков Г.М., Ма С.А. Машины для посева сельскохозяйственных культур. - М. : Машиностроение, 1976. - С. 184.
3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - 13-е изд. испр. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат . лит., 1986. - С. 185.
FEATURES OF SUBSTANTIATION OF SIZE OF CELLS SOWING DISK WITHGROOVE
S.N. Kobchenko
Summary. Features of placement of seeds in cylindrical cell of sowing disk with groove under pusher are considered. The estimation of influence of width of groove on adaptation of a cell to the sizes of seeds is executed. Settlement dependences for definition of parameters of cells with groove of devices of exact seeding are received.
Key words: device of exact seeding, cells of sowing disk with groove, seeds, adaptation.
УДК 631.371:621.311.004.18
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯХ АПК
С.А. РАКУТЬКО, кандидат технических наук, доцент
Дальневосточный ГАУ E-mail: sergej1964@yandex.ru
Резюме. Рассмотрены этапы преобразования энергии в технологическом процессе облучения. В качестве обобщенного параметра эффективности передачи энергии на каждом этапе предлагается считать энергоемкость этапа. Изменение ее величины так же служит показателем эффективности усилий по энергосбережению на каждом этапе. Произведена численная оценка эффективности энергосберегающих мероприятий на примере выращивания растений в условиях светокультуры. Установлено, что в этом случае больше всего повышает эффективность использования энергии стабилизация электрического питания (в 1,6 раза), а при совместном применении рассмотренных ЭСМ она возрастает в 4,14 раза. Ключевые слова: оптические электротехнологии, технологический процесс облучения, энергоемкость, энергосбережение, светокультура.
Повышение энергетической эффективности оптических электротехнологий (ОЭТ), то есть технологических процессов, в которых оптическое излучение (ОИ) используется как специфический энергетический фактор - наиболее наукоемкая задача для сельскохозяйственного производства, по сравнению с другими технологиями.
В исследованиях эффективности использования энергии в ОЭТ АПК можно выделить несколько периодов.
Первый (до конца 70-х гг.) характеризовался экстенсивным развитием применения ОЭТ, чему способствовали низкие тарифы на электроэнергию для сельскохозяйственных потребителей и небольшие капитальные затраты на серийно выпускаемые светотехнической промышленностью источники излу-
68 -----------------------------------------------
чения (ИИ), что определяло высокую экономическую эффективность применения оптического облучения. Для этого периода характерна оценка совершенства ОЭТ по спектральной эффективности, определяющей степень согласования спектров излучения ИИ и поглощения облучаемого объекта (ОО).
Второй период (начало 80-х годов) характеризуется все большим вниманием исследователей к энергетическим аспектам ОЭТ в связи с увеличением потребления электроэнергии на облучение. В ряде исследований тех лет, касающихся наиболее энергоемкого ИК-облучения, сделаны первые комплексные оценки основных составляющих энергетического баланса ОЭТ [4,8].
Третий период ознаменовался выдвижением на первый план работ по фотометрическому совершенствованию системы «облучатель - объект». Научные основы исследований в этом направлении заложены в трудах [1].
На четвертом этапе была предпринята попытка поиска общих закономерностей процессов, происходящих в объектах ОЭТ, на основе рассмотрения термодинамики процесса облучения [2]. Были выявлены новые резервы повышения эффективности использования электроэнергии в ОЭТ. Однако фундаментальные математические соотношения и закономерности, полученные с применением термодинамического подхода, а также применяемый математический аппарат оказались весьма сложными, что стало препятствием для их использования в практике энергослужбы предприятия.
Дальнейшим развитием этих исследований должен быть поиск более удобного критерия эффективности использования энергии в ОЭТ по результатам энергоаудита. Исследования необходимо направить на рассмотрение движения потока энергии в технологическом процессе через все этапы ее преобразования, определяющие общую эффективность применения энергии. Такой подход характерен для работ Н.В.Ксенза [3].
_ Достижения науки и техники АПК, №05-2010
Рис. Этапы преобразования энергии в ТПО
Цель представленной работы - рассмотрение энергетических основ оценки эффективности ОЭТ в АПК.
Условия, материалы и методы. В связи с важностью излучения в отдельных сельскохозяйственных технологических процессах целесообразно выделить отдельный технологический процесс облучения (ТПО), под которым мы будем понимать процесс создания требуемых спектральных характеристик излучения; обеспечения требуемого пространственного распределения потока и его распространения по поверхности 00; соблюдения требуемого закона изменения параметров излучения во времени. Преобразования энергии в ТПО могут быть представлены последовательностью следующих этапов:
I - подача электроэнергии к ИИ;
II - генерирование потока в ИИ;
III - формирование потока отражателем;
IV - формирование пространственного распределения потока;
V - формирование поверхностного распределения потока на 00;
VI - поглощение и превращение энергии потока 00 (см. рисунок).
В силу особенностей процесса оптического облучения перечисленные этапы ТПО практически не разнесены во времени. Их физические границы -следующие элементы энергетической системы: линия электропитания, ИИ, облучатель, среда, поверхность 00. Протекание каждого этапа характеризуется своими параметрами: потребляемой мощностью Р, Вт; генерируемым Фк и отраженным глФл потоками (измеряемыми в эффективных единицах, например, лм), распределением потока в пространстве / , кд; освещенностью Е, лк; количеством фотопродукта р, кг.
Обобщенный параметр, характеризующий эффективность передачи энергии на /-ом этапе ТПО,
- энергоемкость этапа е,:
^о,/Я, (1)
где Он и Ок - энергия со-ответственно на входе и выходе этапа;
Задача энергосберегающих мероприятий (ЭСМ) -снижение энергоемкости этапов ТПО. Коэффициент Достижения науки и техники АПК, №05-2010
эффективности ЭСМ для /'-го этапа
к?см=г/г!, (2)
где 8( - энергоемкость этапа в базовом варианте; е/ - энергоемкость этапа при проведении ЭСМ.
Для последовательности этапов (то есть всего ТПО)
1ЭСМ _ ТП[ 1ЭСМ
“Ц1 . (3)
Теоретическим обоснованием рассмотренных положений служит разработанная автором прикладная теория энергосбережения в энерготехнологических процессах (ПТЭЭТП), на основе которой возможно проектирование и оценка эффективности отдельных ЭСМ, обоснование режима проведения ТПО, формирование энергосберегающего алгоритма управления [5].
Результаты и обсуждение. Рассмотрим численный пример оценки эффективности ЭСМ для ТПО растений в условиях светокультуры.
Реальные условия эксплуатации ИИ характеризуются значительными отклонениями условий питания от номинальных. При повышении величины питающего напряжения увеличивается потребляемая мощность и снижается срок службы ИИ. Энергосберегающие мероприятия на I этапе - стабилизация величины питающего напряжения.
Энергоемкость этапа:
£,=1 (4)
где п - количество интервалов разбиения гистограммы отклонений; напряжения р., характеризующей вероятность попадания величины напряжения в соответствующий интервал напряжений ки.; дф - показатель, характеризующий чувствительность коэффициента отклонения потока ИИ от коэффициента отклонения напряжения; qт - показатель, характе-
Таблица. Результаты оценки эффективности ЭСМ на различных этапах
ТПО растений в условиях светокультуры
Этап Энергосберегающие мероприятия .ЭСМ Л/ г отн.ед
1 Стабилизация условий электрического питания 1,60
II Выбор более эффективного источника излучения 1,30
III Оптимизация отражающих свойств облучателя 1,10
IV Выбор оптимального облучателя 1,50
V Улучшение компоновочных решений 1,15
VI Оптимизация режимов облучения 1,05
Совокупность всех мероприятий 4,14
ризующий чувствительность коэффициента отклонения срока службы ИИ от коэффициента отклонения напряжения.
Характеристика эффективности II этапа - отдача ИИ, которая задается при его изготовлении. Поэтому ЭСМ на втором этапе - обоснованный выбор наиболее эффективного ИИ из предлагаемых промышленностью.
Энергоемкость этапа:
£„=Р/Ф,
(5)
где Р - мощность, потребляемая ИИ; Ф - поток ИИ.
ЭСМ на III этапе - использование на облучателе отражающего покрытия, наиболее рационально проводящего спектральную коррекцию генерируемого ИИ потока. Эффективность этого этапа определяется кривой спектрального коэффициента отражения покрытия облучателя.
Энергоемкость этапа:
як/^Р як Р V (6)
где срЯ - интенсивность излучения ИИ на длине волны Я; кя - чувствительность ОО при этой длине волны, рЯ - спектральный коэффициент отражения поверхности облучателя.
На IV этапе происходит передача потока энергии от облучателя к ОО через поле излучения. ЭСМ
- применение облучателя с таким светораспреде-лением, которое обеспечивает наибольшую долю передаваемого на ОО потока.
Энергоемкость этапа:
е„ = \ljrn / \1 а йш
4п / а , (7)
где 1а - зависимость силы излучения от угла а; а
- величина телесного угла, в пределах которого сосредоточен поток, падающий на ОО.
На V этапе происходит формирование распределения облученности по ОО. Критерий полезности потока - коэффициент полезного использования, расчет которого в простейшем случае проводится
через равномерность создаваемой облученности. ЭСМ - оптимизация компоновочных решений.
Энергоемкость этапа:
" РаЩ/'а" , (8)
где ¥- величина телесного угла, в пределах которого сосредоточен поток, создающий на ОО условия облученности требуемого качества.
Эффективность восприятия ОО энергии излучения зависит от режимов облучения, оптимизация которых - задача ЭСМ на IV этапе.
Энергоемкость этапа:
*и = /Е// р , (9)
где Э - поверхность ОО, на которой эффективно воспринимается поток.
Численные расчеты по предложенной методике показали, что наибольший эффект в целях обеспечения энергосбережения при облучении растений в условиях светокультуры может дать стабилизация электрического питания (см. табл.). Совместное применение рассмотренных ЭСМ повышает эффективность использования энергии в 4,14 раза. Безусловно, для полной экономической оценки эффективности конкретных ЭСМ необходим учет затрат на сами мероприятия, поскольку представленная методика учитывает только энергетический аспект передачи энергии в процессе облучения.
Выводы. Оптические электротехнологии - это важные для отраслей АПК технологические процессы. Большие энергетические потери в ОЭТ обусловливают низкую эффективность использования энергии и высокую энергоемкость, что составляет важную научную проблему. Рассмотрение особенностей ОЭТ дает основания выделить собственно технологический процесс облучения, который можно представить в виде последовательности этапов преобразования энергии. В качестве основного критерия в оценке эффективности преобразования энергии на том или ином этапе следует выбрать его энергоемкость.
Литература.
1. Карпов В.Н. Фотометрические основы повышения эффективности использования электроэнергии в облуча-тельных установках: Учеб. пос. - Л.:ЛСХИ, 1984.-32 с.
2. Карпов В.Н., Щур И.З. Энергетика технологических процессов оптического облучения объектов АПК // Известия академии наук. Энергетика. - 1997. - №4. - с.149-159.
3. Ксенз Н.В. Энергосбережение в сельскохозяйственных технологиях // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - №3. - С.21-22.
4. Лямцов А.К. Научно-технические проблемы применения оптического излучения в сельском хозяйстве // Использование методов электрофизического воздействия в с.-х. производстве: Науч.тр. ВИЭСХ. - М., 1983. - т.57. -С.3-9.
5. Ракутько С.А. Общие принципы энергетического анализа прикладной теории энергосбережения и их практическое применение // Энергетический вестник. - СПб: СПбГАУ, 2009. - С.90-96.
6. Шкеле А.Э., Чукурс А.С. О КПД ИК-обогревателей /А.Э.Шкеле, // Тр. Латвийской с.-х. акад. - 1980. - т.172.
- С.16-22.
THEORETICAL BASES OF ENERGY SAVING IN OPTICAL ELECTROTECHNOLOGY OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
S.A. Rakutko
Summary. Stages of transformation of energy in technological irradiation process are considered. As a generalized parameter of efficiency of transfer of energy at each stage it is offered to consider the power consumption of the stage. Change of its value so is parameter of efficiency of efforts on energy saving at each stage. The numerical estimation of energy saving actions efficiency by the example of cultivation of plants in condition of light-culture was made.
Key words: optical electrotechnology, technological irradiation process, power consumption, energy saving, light-culture.
70 --------------------------------------- __________ Достижения науки и техники АПК, №05-2010
