CC BY
21
Mayevskyy V.O., Vus A.Ya. Simulation of log sawing by sector method into plain sawn lumber with consideration of real log shape
Mathematical model of log sawing to parallel of linear regressive axis by sector method into plain sawn lumber was developed. This model is taken to account the surface shape of real log which is received by scanning for surface of log cross sections. The features of calculation for mathematical model of sawing pattern for log (sectors) taking account log rotation or sawing pattern around log axis at the fixed angle under cutting (sawing) by vertical and horizontal cutting planes were validated.
Keywords: log, sector, sawing, sector method, simulation, mathematical model, sawing pattern, linear regressive axis, plain sawn lumber, rotation of log.
УДК 697.92 Доц. В.М. Желих, канд. техн. наук;
аспр Ю.В. Фурдас - НУ "Льегвська полгтехтка "
ВИЗНАЧЕННЯ РАЦЮНАЛЬНИХ ГЕОМЕТРИЧНИХ ФОРМ I РОЗМ1Р1В Б1ОРЕАКТОРА
Виконано аналiз юнуючих геометричних форм побутових бiореакторiв. Вста-новлено залежност площi зовшшнього захищення вщ габаритних розмiрiв та форм метантенка. Запропоновано ращональну форму резервуара побутово! бюгазово! установки. Результати дослщжень представлено у графiчнiй штерпретаци та у виглядi таблицг
Ключовг слова: бюгазова установка, метантенк, бюгаз, анаеробне бродшня, резервуар.
Актуальшсть дослщження. В Укра!ш е дуже велик резерви для роз-витку бюгазових технологш. У фермерських та домашшх господарствах зав-жди е вщходи велико! рогато! худоби, свиней, птищ, а також вщходи рослин-ного походження. Найефектившшим способом !х утил1зацп е переробка в бь огазових установках (БГУ) з отриманням бюгазу та високояюсних оргашч-них добрив. Принцип роботи бюгазово! установки (БГУ) засновано на бюло-пчних процесах бродшня та розкладання оргашчних речовин тд впливом метаноутворювальних бактерш в анаеробних умовах, як характеризуються вщсутнютю вшьного кисню, високою вологютю ! певною температурою се-редовища [5].
Бюгазовий реактор - основа будь-яко! бюгазово! установки, тому до його конструкцп прийнято досить жорстю вимоги. Корпус бюгазового реактора повинен бути досить мщним за абсолютно! його герметичность Обов'яз-ковою вимогою е надшнють тепло1золяцп стшок та !х властивють протисто-яти корозп. При цьому необхщно передбачити можливють завантаження ы вивантаження бюреактора оргашчною масою, а також доступ до його внут-ршнього простору для обслуговування [3].
За конструктивними особливостям бюгазов1 установки можуть бути одно- та багатореакторш. Багатореакторш установки дають змогу досягнути безперервного циклу бродшня та мають велику продуктивнють, що забезпе-чуе потреби великого господарства бюгазом. Основу бюгазових установок -метантенки - розр1зняють за формою, а саме: цилшдричш, кулепод1бш, ку-б1чш, у вигляд1 паралелетпеда (рис. 1).
^и^^льний лiсотeхнiчний yнiвepситeт yKpa'1'ни
b)L
Рис. 1. Геометричш форми 6iopeaKmopie: а) цилтдричт; б) кулепoдiбнi; в) кубiчнi; г) у виглядi паралелетпеда
Вважають, що оптимальними за своïми гiдравлiчними та експлуата-цiйними характеристикам e яйцеподiбнi резервyари [3]. Постyпаються якiстю резервyари конyсноï та цилiндричноï форми. Такi констрyкцiï дають змогу зменшити гiдравлiчний опiр пiд час перемiшyвання субстрату, уникнути зас-тшних зон, локалiзyвати мiсця збирання шламу та бюгазу. Основним матерь алом для виробництва резервyарiв e бетон i полiмери, однак широкого засто-сування набули резервуари, виготовленi з металу.
Мeтa дослiджeння. Здiйснити анатз вiдомих форм бiореакторiв. Встановити залежшсть площi зовнiшнього захищення метантенка вщ його геометричних розмiрiв та форми.
Експepимeнтaльнi дослiджeння тa ïx aiiaib. З теплотехнiчних мiр-кувань потрiбно приймати таку форму, яка забезпечувала б найменшу площу контакту поверхш резервуару з навколишнiм середовищем за однакового об^му. 1деальною y цьому випадку e форма кyлi, проте, враховуючи склад -нiсть виготовлення та^ констрyкцiï, було запропоновано резервуар y вигля-дi цилiндра зi зрiзаними конусами до верху i до низу.
Оскшьки тепловтрати переважно залежать вiд площi захищення, яке ^m^^ye з навколишнiм середовищем, то необхщно визначити форму резервуара, при якш площа зовнiшнього захищення буде мiнiмальною. Було роз-глянуто форми замкнених оболонок y виглядi сфери, конуса, паралелетпеда, цилшдра та цилшдра зi зрiзаними конусами до верху i до низу об^мом V=1 м3. Для резервуара сферичноï форми площа зовшшнього захищення ста-новить S=4,84 м2.
Пiд час розрахунку використано залежностi, наведенi нижче.
Повну зовнiшню поверхню конуса SK.n., м2 визначали за формулою
SK.n= S6 + So = п R • (R • l), (1)
де: S6 , So - площа бiчноï поверхнi та площа основи вщповщно, м2; R - радь ус основи, м; l - твiрна конуса, м.
Повну зовшшню поверхню паралелепiпеда Sn.n., м2 визначали за формулою
Snn= S6 + 2 • So = 6 • (а • в),
(2)
де: S6, So - площа бiчноï поверхш та площа основи вщповщно, м ; а, в - сто-рони паралелетпеда, м.
Повну зовшшню поверхню цилшдра м2 визначали за формулою
Sn.^ = S6 + 2 •П R2 = 2 •П R • (H +R), (3)
де: S6 - площа бiчноï поверхнi, м2; R - радiyс основи, м; H - висота цилш-дра, м.
316
Збipник нayково-тexнiчниx npa^
Повну зовшшню поверхню цилiндра 3Í зрiзаними конусами до верху i до низу Snx, м2 визначали за формулою
S6 + 2 -ж- R 2 = ж- (R + r) ■ l + 2 -ж- R2, (4)
де: R - радiус основи, м; r - менший радiус зрiзаного конуса, м; l - твiрна зрiзаного конуса, м.
Результати розрахункiв представлено на рис. 2.
0.20 0,30 0.40 0,50 0.60 0,70 0.80 0,90 1,00 1.10 2,50 3,50 4.50 5,50 6,50 7,50 Рис. 2. Залежност змти площ1 захищення резервуара об'емом V=1 м3 eid форми та геометричних розм1р1в: а) конусна форма; б) форма паралелетпеда; в) цилтдрична форма; г) форма цилшдра 3Í зрiзаними конусами до верху i до низу (H/R - спiввiдношення висоти до радiуса резервуара)
Проан^зувавши отримаш графiчнi залежносп чотирьох рiзних форм метантенюв iз стввщношенням сторш H/R, можна зробити висновок, що для форм конуса та паралелетпеда характерна прямо пропорцшна залежнють площi поверхнi вiд стввщношення геометричних розмiрiв. Для форм цилш-дра та цилiндра зi зрiзаними конусами характерна наявнiсть точки мшмуму при спiввiдношеннi висоти до радiуса H/R. Наочно представлено графiчнi за-лежностi, якi пiдтверджують мiнiмальну площу зовшшньо1 поверхнi запропо-нованого резервуара, а саме цилшдра зi зрiзаними конусами, при стввщно-шеннi габаритних розмiрiв H/R=5,50.
Для форми цилшдра зi зрiзаними конусами до верху i до низу було визначено площi зовшшньо! поверхнi залежно вщ спiввiдношення геометричних розмiрiв для реакторiв об'емом вiд 1 м3 до 5м3 (рис. 3).
Для типоряду бiореакторiв об'емом вiд 1 м3 до 5 м3 визначали геомет-ричнi розмiри побутових бюгазових установок (табл.). При цих рекомендова-них розмiрах забезпечуеться мiнiмальна площа зовнiшнього захищення.
я)
S, пг >
5,50 3,00 2,50 т.ОО 1,50 1,00 0.50
6.90 6.80 6.70 6.60 6,50 6,40 6,30 1,00 1.5
------J-- '•60
1,40
1.20
1.00
0,80
0.60
h/r
H/R
« V
\
>
S, п :
0_40
h/r
>
H/R
10,80 10.70 10.60 10.50 10.40 10.30 10.20 10.10 10,00 050 [00 150 200 250 300
1.40 "
S, m
1.20 1.00 0,80 0,60 0.40
h/r
г)
14.4(1 14.2(1 14.00 1J.R0 13.60 13.40 13.20 13,00 0,50 1,00 1,5
1.20
H/R
О 2.00 2.50
1.00 0,80 0.60 0,40
д)
.20 17.0(1 lrt.SH 16.60 16.40 16.20 16,00 15.80 0.50
1.20
h/r 1'
( ■i/R
1.00
1.50
2.00
2.50
1
с 1 S, ш
1.00 0.80 0.60 0.40
Ii/r
•г-' H/R
19,60 19.40 19,20 19.00 18.80 18.60 18.40" 0,50
1,50
2.00
2.50=
Рис. 3. Залежност змти площ{ захищення резервуара S, м2 cid ствв1дношення габаритнихрозм1р1в H/R для об'ем1в: а) V=1 м3; б) V=2 м3; в) V=3 м3; г) V=4 м3; д) V=5 м3 (H/R - вiдношення висоти до радiуса цилтдричноь частини резервуара; h/r - вiдношення висоти до радiуса котчног частини резервуара)
Табл. Рекомендованi габаритна розмiри побутових бюгазових установок
Об'ем Цилшдрична частина резервуара Конусна частина резервуара
^рез, м3 Нц, м Яц, м Бц, м2 Нк, м Гк, м Ь, м Бк, м2
1 0,90 0,50 4,37 0,33 0,25 0,35 0,83
2 1,20 0,63 7,25 0,34 0,32 0,38 1,12
3 1,40 0,72 9,65 0,37 0,36 0,41 1,39
4 1,60 0,79 11,77 0,40 0,39 0,44 1,64
5 1,80 0,83 13,72 0,44 0,42 0,48 1,89
Застосовуючи комп'ютерне середовище SolidWorks, змодельовано по-бутову бiогазову установку (рис. 4) з резервуаром об'емом 1 м3 з використан-ням рекомендованих стввщношень розмiрiв i запропоновано! форми.
Рис. 4. Загальний вигляд резервуара запропонованоЧпобутовоЧ бюгазовоЧ установки
Установка працюе так: у резервуар через патрубок 1 подають оргашч-ну сировину, яку перемiшують за допомогою мехашчно! мiшалки 3, нагрь вання здшснюють системою пда^ву, а саме теплообмшником 2, який розта-шований в середиш резервуара, отриманий бiогаз через патрубок 5 поступае до споживача, розвантажують вiдпрацьовану сировину через патрубок 4, за необхщносл через люк 6 здшснюють очищення реактора та ревiзiю внут-рiшнього об'ему.
Ця конструкцiя резервуара бюгазово! установки дае змогу використо-вувати безперервний цикл виробництва бюгазу. Завдяки рацiональним розмь рам досягаеться мiнiмальна площа зовшшнього захищення, що забезпечуе
зменшення тепловтрат у холодний перюд року. Своею чергою, форма у виг-лядi цилiндра 3i зрiзаними конусами сприяе ефектившшому використанню бiореактора в теплий перюд року, тобто можливо використовувати енерпю сонця для пiдiгрiву субстрату.
Висновки. Проанатзовано iснуючi геометричнi форми метантенюв побутових бiогазових установок. Встановлено, що енергоефективною за теп-лотехшчними характеристиками е сферична форма. Тому запропоновано 6i-ореактор цилiндричноï форми зi зрiзаними конусами до верху i до низу, в якому враховано енергоощаднi характеристики та особливосп технолопчно-го процесу. Представлено типовий ряд побутових бiореакторiв об'емом вщ 1 м3 до 5 м3.
Л1тература
1. Барбара Едер. Биогазовие установки : практ. пособ. / Барбара Едер, Хайнц Шульц. -1996. - 264 с.
2. Соуфер С. Биомаса как источник энергии / под ред. С. Соуфер, О. Заборски : пер. с англ. - М. : Изд-во "Мир", 1985. - 236 с.
3. Баадер Б. Биогаз: теория и практика / Б. Баадер, Доне М. Брендерфер : пер. с нем. М.И. Серебрянного. - М. : Изд-во "Колос", 1982. - 148 с.
4. Желих В. Бюгазовий реактор // Патент на корисну модель № 57360 / В. Желих, Ю. Фурдас.
5. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.bio-invest.com.ua/biogas.html.
Желих В.М., Фурдас Ю.В. Определение рациональных геометрических форм и размеров биореактора
Выполнен анализ существующих геометрических форм бытовых биореакторов. Установлены зависимости площади внешней защиты от габаритных размеров и форм метантенка. Предложена рациональная форма резервуара бытовой биогазовой установки. Результаты исследований представлены в графической интерпретации и в виде таблицы.
Ключевые слова: биогазовая установка, метантенк, биогаз, анаэробное брожение, резервуар.
Zhelykk V.M., Furdas Yu.V. Rational geometrical shapes and sizes bi-oreactor
The analysis of existing geometries household bioreactors. The dependences of the area protected from the external dimensions and forms metantenka. A rational form of household biogas tank installation. The research results are presented in graphical interpretation and as a table.
Keywords: biogas plant, metantenk, biogas, anaerobic fermentation, tank.
УДК 614.841Доц. Р.В. Зтько, канд. техн. наук - НУ "Льв1вська полтехтка";
доц. €.В. Сулоева, канд. техн. наук - Рижський ТУ
ЕКОНОМ1ЧНА ЕФЕКТИВН1СТЬ ПОЖЕЖНО1 ОХОРОНИ П1Д ЧАС ВИКОРИСТАННЯ МОБ1ЛЬНИХ РОБОТ1В
Визначено основш складовi методики розрахунку ефективност пожежно!' охо-рони з урахуванням нових тенденцш, що використовують у тактищ гасшня пожеж, таких як гусеничш мобшьш роботи. Запропоноваш шляхи вдосконалення мобшьних робо^в шдвищать ix ефектившсть використання, що позитивно вщзначиться на ефективност пожежно!' охорони.
