Уточнённая методика расчета шлангового вакуумного насоса и показатели экономической эффективности его применения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 621.659

УТОЧНЁННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ШЛАНГОВОГО ВАКУУМНОГО НАСОСА И ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

© 2016 г. Р.В. Копица, А.Н. Глобин

Проанализирована работа шлангового вакуумного насоса перистальтического типа. По результатам этого анализа предложен метод расчета основных параметров насоса, связывающий подачу с геометрическими параметрами, создаваемую перепадом давления, количеством выжимных элементов, частотой вращения. Оценка экономической эффективности внедрения данного насоса в малогабаритные доильные установки проведена с использованием стандартных методик и нормативных документов. Данные расчеты позволяют определить основной показатель использования насоса - годовой экономический эффект и связанные с ним чистую текущую стоимость, индекс рентабельности, внутреннюю норму возврата инвестиций. При определении показателей экономической оценки принимались во внимание следующие параметры: снижение воздействия на эластичные оболочки, увеличение срока их службы и повышение подачи насоса. За объект сравнения при расчете экономической эффективности принят агрегат индивидуального доения коров АИД-2, а расчетная годовая производительность принята 6500 кг молока на 1 голову КРС. Условия эксплуатации насосов принимались одинаковыми в экспериментальном и базовом вариантах. Использование вакуумного шлангового насоса перистальтического типа в составе малогабаритной доильной установки или передвижного доильного агрегата производительностью 10 гол./ч позволит получить при эксплуатации годовую экономию затрат 4606,82 руб. При этом годовая экономия удельных затрат при эксплуатации составит 9,21 руб./ц. Срок окупаемости предлагаемого вакуумного насоса составляет 0,56 года. Чистая текущая стоимость (в расчете за семь лет) составила 28627,36 рублей.

Ключевые слова: ширина ротора, вертикальная нагрузка, толщина шланга, мощность, используемая на привод насоса, годовой экономический эффект, чистый дисконтированный доход, срок окупаемости.

The operation of the hose vacuum pump of the peristaltic type was analyzed. According to the results this analysis there is proposed a method calculating the basic parameters of the pump, connecting supply with geometric parameters created by the pressure drop, the number of squeezing elements, rotation speed. The assessment of economic efficiency of the implementing this pump in small-size milking units was carried out using the standard techniques and regulations. The calculation data make it possible to determine the main indicator of the application of the pump, they are the annual economic benefit and associated with it net present value, profitability index, internal rate of return of investments. At determining the economic assessment indicators such parameters as reduction of the elastic membrane impact, increase of their service life and improvement of pump supply were taken into account. At economic efficiency calculation aggregate of individual cows milking AID-2 was adopted as the object of comparison, and the estimated annual production capacity was 6500 kg of milk on 1 head of cattle. Conditions of pump exploitation are the same in the experimental and base version. Application of the hose vacuum pump of the peristaltic type as the part of small-sized milking system, or the mobile milking aggregate of 10 gal./h capacity, will yield annual cost savings under operation of 4606.82 rubles. Besides annual savings of unit costs during the exploitation will be 9.21 rubles/hundredweight. Payback period of the proposed vacuum pump is 0.56 year. Net present value (calculated for seven years) was 28 627.36 rubles.

Keywords: rotor width, vertical load, hose thickness, the power used to drive the pump, annual economic benefit, net present value, payback period.

Введение. Ввиду того, что конструк- методика его инженерного расчета и опре-тивное решение шлангового насоса пери- деление экономической эффективности стальтического типа отличается новизной, использования в сельскохозяйственном

производстве представляют практическим интерес для работников инженерно-технической службы сельскохозяйственного производства, аспирантов и магистрантов вузов.

Уточненная методика расчета шлангового вакуумного насоса. Исходя из анализа зависимости для определения подачи насоса Q [1-3], можно сказать, что для дальнейшего расчета необходимо принять следующие параметры: частоту вращения ротора пвр, диаметр ротора насоса D, и количество рабочих шлангов.

Далее определяем:

- ширину ротора В, м:

к - поправочный коэффициент объё-

ма шланга к =

V

П ■ ^

П - количество роликов; ^ - объем воздуха, откачиваемый за

один оборот ротора насоса из одного витка шланга; Ь - ширина сжатого роликом шланга, м.

толщину шланга, сжатого роли-

ком, м:

к = 3

О2

к2 ■ Ь ■ й

В = п ■ й +1 ■ п +Д,

ротора 1

шл ш

ст ст

- мощность на привод насоса, кВт:

где Д - показатель, учитывающий расстояние между оболочками, м; 1;ст - толщина перегородок между секциями насоса, м; пст - количество перегородок.

- величину вертикальной нагрузки ролика на шланг, Н:

о=к ■ ь ,

где й - диаметр ролика, размещенного на роторе, м;

N=± .т. V

Ып = 0,001-0 ■ р,

где Ып - полезная мощность, кВт; 0 - подача насоса, м3/ч; р - разряжение, создаваемое насосом, кПа.

Мощность привода насоса, кВт, без учета расширения воздуха в шлангах, определяется так:

27 т — 1

01

■ р

01

т—1

Р1

V р0, У

где т - показатель процесса; р - давление в начале всасывания, кПа;

р - давление в линии нагнетания, кПа;

V - объем оболочки в начале всасыва-

01

ния.

Далее мощность привода уточняется по зависимости

т

N = р г , N = 104 ■ V ■ 1п Р 75 ■ 60л В 75 ■ 60л 01 р

I из.п. / из.п. лТ

01

где ^ - мощность на валу электродвига- Эффективность работы шлангового

теля кВт вакуумного насоса в малогабаритных до-

ильных установках и передвижных доиль-

4(36) 2016

ных агрегатах оценивается по работе вакуумной линии в целом.

Основным показателем эффективности использования изобретения является годовой экономический эффект, а также чистая текущая стоимость, индекс рентабельности, внутренняя норма возврата инвестиций.

При определении эффективности использования за базу сравнения был принят агрегат индивидуального доения коров АИД-2, обслуживающий поголовье в 10 коров с годовой продуктивностью 6500 кг молока.

Полученные расчетные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчёта экономической эффективности использования усовершенствованного вакуумного шлангового насоса перистальтического типа

Показатели Базовый вариант Предлагаемый вариант

Поголовье, гол. 10 10

Мощность привода насоса, кВт 0,75 0,5

Кратность доения 2 2

Срок работы роликов и эластичных оболочек до замены 1 раз в 6 мес. 1 раз в год

Цена передвижного доильного аппарата, руб. 20800 17300

Балансовая стоимость вакуумного насоса, руб. 4200 1925

Количество вакуумных насосов, шт. 1 1

Подача вакуумного насоса, м3/ч 8 8

Цена 1 кВтч электроэнергии, руб. 4,5 4,5

Часовая тарифная ставка слесаря по ремонту и уходу за насосом, руб. 45,68 45,68

Годовая норма амортизации, % 14,28 14,28

Годовая норма отчислений на ремонт, % 18 18

Амортизационный период работы насосов, лет 7 7

Обслуживающий персонал 1 1

Число обслуживаемых коров в час, гол./ч 10 10

Норма процента (банковская кредитная ставка), % 18 18

Годовой уровень инфляции, % 9,8 9,8

Цена ролика, руб. 30 30

Годовой удой коровы, кг 6500 6500

Масса доильного аппарата, кг 58 49

При расчете экономической эффек- службы оболочек и повышение подачи тивности применения данного насоса учи- насоса.

тывалось снижение воздействия на эла- Годовой экономический эффект в

стичные оболочки, увеличение срока виде чистой текущей стоимости (ЧДД)

определен по формуле [4, 5]:

Т 1

ЧДД=£ <р - И - *;

р

или

ЧДД = -К + (р-Иэ )• Ксд

где р — показатели, полученные на шаге расчета I, руб.; ИЭ1 — затраты при эксплуатации на

шаге расчета ^ без учета капиталовложений, руб.; Т — срок эксплуатации, лет;

т 1

Кд =1

К — дисконтированные капиталовложения, руб.;

Ка — коэффициент суммы дисконтирования, рассчитываемый по формуле

& (1 + Ер)'

или

Кд =Е

(1 + Ер ) — 1

& Е ■ Й + Е )

рр

где Е — процентная ставка с учетом инфляции,%;

е = 1+Е — 1. р 1 + г

где г — годовая инфляция инфляции, %; Е — процентная ставка банка, %. Дисконтированные капиталовложения рассчитывались по формуле

ОХ - общехозяйственные расходы, руб.

Транспортно-заготовительные расходы в процентах от стоимости готовых материалов и изделий:

ТЗ =

Со

100

/ - приняты равными 20%. Затраты на изготовление насоса:

Кд К,

1

г=0

(1 + Е)"

где К — капиталовложения на шаге

расчета I, руб. Балансовая стоимость базового образца, руб.:

К = ЦК,

где ц - цена приобретения машины, руб.;

К

- коэффициент, учитывающий дополнительные затраты, руб. Капиталовложения в экспериментальный вакуумный насос [5]:

К =С +ТЗ + С + ОП + ОХ,

поз 5

где С д — стоимость деталей, руб.;

ТЗ - транспортно-заготовительные

расходы, руб.; Сз — затраты на изготовление насоса, руб.;

ОП - общепроизводственные расходы, руб.;

С = ОТ ■ а ■ а ■ а

^З ОСН ^П ^ДОП ^ОТЧ ■

где ОТосн - основная оплата труда, руб.; ап - премиальный коэффициент,

(принят в размере 1,2-1,4); адоп - коэффициент дополнительной оплаты труда, 1,12-1,16; аотч - коэффициент страховых отчислений, аотч —1,3.

Основная оплата:

ОТОСН = ТЭКСП ■ ^ЧАС ■■

где ТЭЛ.СЯ- трудоемкость работ при изго-

руб.:

товлении экспериментального насоса, чел.-ч;

Тшс - часовая основная ставка, соответствующая определенному квалификационному уровню работника, руб.

Общепроизводственные расходы,

ОП =

ОТОСН ■ №оп

где /лоп - процент общепроизводственных расходов (приняты равными 25%).

Общехозяйственные расходы, руб.:

ОХ =

ОТ ОСН • №ох

100

где /Иох - процент общехозяйственных расходов ( цох = 41%). Затраты труда, чел.-ч/т:

т = л

0 ж

где Ж - производительность за час сменного времени, т/ч; Л - количество обслуживающего

персонала, чел. Степень снижения трудоемкости, %:

Т - т

С = -• 100.

Т

^ 0и

Затраты при эксплуатации, руб. /т:

И

УД

(о + а + рт + эмат + эээ у п ,

где О - отчисления на социальные нужды, руб./т; А - отчисления на амортизацию, руб./т;

Рт - затраты на ремонт и ТО, руб./т; ЭМАТ - стоимость материалов, руб./т; Эээ - затраты на электроэнергию, руб./т;

П - коэффициент, учитывающий

прочие прямые затраты, 1,05. Оплата труда с отчислениями на социальные нужды:

ОТ = (тО • ^ЧАС ),

где Т0 - затраты труда, чел.-ч/т.

Отчисления на амортизацию, руб.:

А =

Б • а% Ж • 100

'' ГОД ^^

где Б - балансовая стоимость насоса, руб.; а% - ежегодная норма амортизации, %. Затраты на ТО и ремонт, руб. : Б • р%

Рт =

Жгод -100

где Б- балансовая стоимость насоса, руб.; р% - нормы ежегодных отчислений

на ремонт, %; Жгод - годовой объем работ, чел./ч. Затраты на электроэнергию, руб.:

э = " •5 -

Ж

где N - установленная мощность двигателя, кВт;

53 - отпускной тариф 1 кВт ч, руб. Удельная экономия затрат при эксплуатации:

Э,

ИУД - И

И "" П

УД

где Иуд, Иуд - прямые эксплуатационные затраты (в исходный и проектируемый вариант), руб./т;

Степень уменьшения удельных затрат при эксплуатации:

С,

И

уд

И

ИУД

И

ИУД И П -100.

Расход материала на продукцию:

Му =

а

Ж

кг/т.

ГОД

Степень уменьшения удельного расхода материала:

С

М,. - М

- Уи

Уп

М

М

•100, %,

где МУн, МУи - удельный расход материала на продукцию (в исходный и проектируемый вариант), кг/т.

Таблица 2 - Показатели экономической эффективности рассмотренных вариантов

Показатели Ед. измерения Сравниваемые варианты

АИД-2 экспериментальная доильная установка

Суммарные капиталовложения в систему доения руб. 24960 20760

в том числе: в вакуумный насос руб. 5040 2310

Часовая производительность агрегата гол. 10 10

Производительность труда гол./ч 10 10

Годовые затраты при эксплуатации руб. 161271,03 156664,21

в том числе:

• оплата труда с начислениями на социальные нужды руб. 67973,30 67973,30

• отчисления на амортизацию руб. 3564,29 2964,53

• ремонт и ТО руб. 4492,80 3736,80

• электроэнергия руб. 2566,41 1710,94

• на материалы руб. 72 36

• прочие затраты руб. 82602,24 80242,65

Годовой выход молока ц 650 650

Удельные затраты при эксплуатации руб./ц 248,11 241,02

Годовая экономия удельных затрат при эксплуатации руб./ц - 7,09

Степень снижения удельных затрат при эксплуатации % - 2,86

Годовая экономия затрат при эксплуатации руб. - 4606,82

Степень снижения затрат на материал % - 15,5

Удельная материалоемкость процесса кг/м3 1,04 1,83

Чистая текущая стоимость (в расчете за 7 лет), руб. руб. - 28627,36

Индекс рентабельности капиталовложений - - 1,38

Срок окупаемости насоса лет - 0,56

Степень снижения энергоемкости операции:

р - р

С =_У-^ -100, %,

1 Уи

где РУи, РУи - удельная энергоемкость операций (в исходный и проектируемый вариант), кВтч /т.

Удельная энергоемкость выполнения операции:

Р =-, кВтч/т,

У Ж

" ГОД

где р, - годовое потребление энергии, кВтч.

Годовая экономия от сокращения затрат при эксплуатации, руб.:

ЭГз ЭЗ • Жг0д .

Чистые денежные поступления, руб.:

П = Э - Э -а

Ч ГОД ГОД

где ан - налоговая ставка на прибыль, 20%. Коэффициент (индекс) доходности капиталовложений:

ИД =

ЧДД К

где К - капиталовложения, руб.

Срок окупаемости капитальных вложений, лет:

- ln

Т =■

1 ОК

1 -

K - E

КПР EP

Эн +( Лсх - АПР )- W

\

ПР ГОД J

ln (1 + EP )

Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов показаны в таблице 2.

Анализ расчетных данных в таблице показывает целесообразность использования шланговых вакуумных насосов перистальтического типа, установленных на доильных аппаратах типа АИД и малогабаритных доильных установках в малых хозяйствах.

Выводы. Использование вакуумного шлангового насоса перистальтического типа в составе малогабаритной доильной установки или передвижного доильного агрегата производительностью 10 гол./ч позволит получить при эксплуатации годовую экономию затрат 4606,82 руб., при этом годовая экономия удельных затрат при эксплуатации составит 9,21 руб./ц.

Срок окупаемости предлагаемого вакуумного насоса составляет 0,56 года. Чистая текущая стоимость (в расчете за семь лет) составила 28627,36 рублей.

Литература

1. Пат. RU 2480626 C1 F04B 43/12 Ротационный вакуумный насос шлангового типа / Р.В. Копица; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО АЧГАА. -№ 2011144712/06; заявл. 03.11.11; опубл. 27.04.2013, Бюл. № 12. - 6 с.: ил.

2. Копица, Р.В., Теоретические исследования усовершенствованного шлангового насоса / Р.В. Копица, А.Н. Глобин //Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК: Международный межвузовский сборник научных трудов. - Зерноград: Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО Донской ГАУ, 2015. - Вып. 10. - С. 48-53.

3. Копица, Р.В. Определение производительности и затрат мощности вакуумного насоса шлангового типа / Р.В. Копица, АН. Глобин, И.Н. Шелковый // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2011. -№ 1. - Ч. 1. - С. 170-172.

4. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. - Москва: Мин-сельхозпром России, 1998. - 220 с.

5. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. - Москва: Ннформэлектро, 1994. - 141 с.

6. Шпилько, А.В. Экономическая эффективность механизации сельскохозяйственного производства / А.В. Шпилько, В.Н. Драгайцев, Н.М. Морозов. - Москва: РАСХН, 2001. - 246 с.

References

1. Kopica R.V. Patent RU 2480626 C1 F04B 43/12 Rotacionnyj vakuumnyj nasos shlangovogo tipa [The rotary vacuum pump of hose type], No. 2011144712/06; zajavl. 03.11.11; opubl. 27.04.2013, bjul. No.12, 6 p.

2. Kopica R.V., Globin A.N. Teoreti-cheskie issledovanija usovershenstvovannogo shlangovogo nasosa [Theoretical research of the advanced hose pump], sovershenstvovanie tehnologicheskih processov i tehnicheskih

sredstv v APK: Mezhdunarodnyj mezhvuzov-skij sbornik nauchnyh trudov, Zernograd, Azov-Black Sea Engineering Institute FGBOU VPO Donskoj GAU, 2015, Issue 10, pp. 48-53.

3. Kopica, R.V., Globin A.N., Shelko-vyj I.N Opredelenie proizvoditel'nosti i zatrat moshhnosti vakuumnogo nasosa shlangovogo tipa [Determination of productivity and power expenditure of the vacuum pump of hose type], Vestnik Michurinskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta, 2011, No. 1, Part 1, pp. 170-172.

4. Metodika opredelenija jekonomi-cheskoj jeffektivnosti tehnologij i sel'sko-

hozjajstvennoj tehniki [Method of determining the economic efficiency of technologies and agricultural machinery], Moscow, Minsel'hoz-prom Rossii, 1998, 220 p.

5. Metodicheskie rekomendacii po ocenke jeffektivnosti investicionnyh proektov i ih otboru dlja finansirovanija [Guidelines for assessing the effectiveness of investment projects and their selection for funding], Moscow, Informjelektro, 1994, 141 p.

6. Shpil'ko A.V., Dragajcev V.I., Moro-zov N.M. Jekonomicheskaja jeffektivnost' mehanizacii s.-h. proizvodstva [Economic efficiency of mechanization of agricultural production], Moscow, RASHN, 2001, 246 p.

Сведения об авторах

Копица Руслан Валерьевич - инженер, лаборант кафедры «Механизация и технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-906-428-29-22. E-mail: kopitsa_ruslan@mail.ru.

Глобин Андрей Николаевич - кандидат технических наук, доцент, декан агротех-нологического факультета, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-909-400-61-33. E-mail: globin_andn@rambler.ru.

Information about the authors

Kopitsa Ruslan Valerievich - engineer, laboratorian of the Mechanization and technology of producing and processing of agricultural products department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: +7-906-428-29-22. E-mail: kopitsa_ruslan@mail.ru.

Globin Andrey Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, dean of Agriculture technology faculty, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: +7-909-400-61-33. E-mail: globin_andn@rambler.ru.