CC BY
16
Силу трения определим как произведение нормальной составляющей сопротивления грунта рыхлению и коэффициента внешнего трения f
Fmp = f И P (x, y )dxdy = f D . (23)
= P (x) W P (X)- Q (У )dXdy
Выводы
1. Построена математическая модель процесса взаимодействия рабочего органа рыхлителя с мерзлым грунтом в трехмерном пространстве.
2. Впервые аналитически получена зависимость пространственного распределения давлений по лобовой поверхности рабочего органа рыхлителя в процессе взаимодействия с мерзлым грунтом.
Библиографический список
1. Завьялов А. М. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожностроительных машин со средой: Дис... д-ра техн. наук. - Омск, 1999. - 250 с.
2. Рахматуллин Х. А., Сагомонян А. Я., Алексеев Н.А. Вопросы динамики грунтов. М.: МГУ, 1964. - 364 с.
3. Зеленин А.Н. и др. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975. - 422 с.
4. Соколовский В. В. О предельном равновесии сыпучей среды. Прикладная математика и механика, т. XV, вып. 6, 1951. - 365 с.
5. Кузнецова В.Н., Мартюков Р.А. Экспериментальные исследования нагружения зуба рыхлителя при разработке мерзлых грунтов // журнал «Строительные и дорожные машины» № 4 - 2006. - С. 11-14.
Analytical approach description of a process an interaction ripper working bodies with frozen soil in the three-dimensional space
A.M. Zavyalov, V.N. Kuznetsova
The article presents of a process an interaction ripper working bodies with frozen soil in the three-dimensional space. Derive mathematical model an interaction ripper working bodies with frozen soil in the space and analytical dependence of distribution pressure on ripper working bodies for the first time.
Рецензент: Ю.Е. Пономаренко, доктор технических наук, профессор СибАДИ.
Статья поступила 21.02.2008 г.
УДК 621.438:656.2(075.8)
ВЫБОР КРИТЕРИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ И РЕКОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
В.Р. Ведрученко, доктор технических наук, профессор Н.В. Жданов, инженер; М.В. Кульков, инженер, ОмГУПС
Аннотация. Выполнен краткий анализ методов повышения эффективности принятия технических решений. Выявлены недостатки отраслевых методик технико-экономических расчетов в энергетике и на транспорте. Предложен дополнительный критерий оценки эффективности разработки и реконструкции тепловых схем энергетических установок в виде предельно допустимых капитальных вложений.
Введение
В условиях совершенствования хозяйственного механизма и перехода к показателям, отражающим конечные результаты, возрастают требования к отдаче капитальных вложений, которые должны быть нацелены на
повышение экономической эффективности производственных фондов (как действующих, так и вновь вводимых объектов, оборудования и др.), эксплуатационной деятельности, производительности труда и улучшение его условий.
В таких условиях актуальным является более широкое использование комплексного анализа деятельности при принятии решений.
Одним из принципов принятия технических решений является комплексный анализ. В сфере материального производства оптимальными являются решения, способствующие наибольшему повышению эффективности общественного производства. Эта эффективность определяется по соотношению с затратами, необходимыми для ее достижения. На транспорте и в энергетике, как и в других отраслях народного хозяйства, результаты технического прогресса реализуются в различных формах, получая свое обобщенное выражение в экономических показателях. Рассматриваемые технические задачи, как правило, имеют различные варианты решений, что затрудняет выбор оптимального решения, дающего производству наибольший эффект [1].
Комплексный анализ включает оценку технической и экономической целесообразности применения способов и средств. При этом кроме экономической эффективности, следует учитывать и социальную, которая может выражаться в облегчении труда, повышении его безопасности, снижении вредного воздействия на окружающую среду, уменьшении потребления пресной воды и др.
Анализ технической целесообразности различных вариантов возможных решений предполагает сопоставление по конструктивным, технологическим и эксплуатационным характеристикам, по дефицитности материалов, оборудования, которые в дальнейшем используются в качестве исходных и дополнительных данных в инженерноэкономических расчетах [1-3].
Выявление технической целесообразности служит первым этапом комплексного анализа, который проводится с целью сокращения количества рассматриваемых вариантов и объема вычислений в отдельных вариантах.
Вторым этапом анализа являются инженерно-экономические расчеты, направленные на выявление влияния конструкции, рабочих параметров, потребляемых материалов, топлива, сырья, сроков строительства, эксплуатации и др. на величину затрат для достижения цели, социальный и годовой экономический эффект. Если же имеется только один вариант решения, необходимость в таком анализе отпадает. В таком случае рассчитывают лишь приведенные затраты и срок окупаемости.
Однако практика применения отраслевых методик технико-экономических расчетов (ТЭР), например, в энергетике и на транспорте, показывает, что в них не находят отражения в должной мере особенности экономической оценки проектирования и реконструкции
энергетических установок, отдельных мероприятий по технической эксплуатации и ремонту энергетических установок (ЭУ).
Поэтому представляет научный и практический интерес разработка дополнительных методов и рекомендаций, относящихся непосредственно к оценке экономической эффективности проектно-конструкторских, технологических и организационно-технических разработок в области эксплуатации технических средств, устройств и систем.
Разработка тепловой схемы ЭУ
Создание надежной и экономичной паротурбинной (ПТУ) или газотурбинной (ГТУ) установки является сложной задачей, которая решается на основе технико-экономического анализа различных вариантов тепловых схем.
Тепловая схема - это графическое изображение взаимосвязи отдельных агрегатов и теплообменных аппаратов ПТУ или ГТУ с указанием направления движения, термодинамического состояния и масс потоков энергоносителей (для ПТУ - пара, конденсата и питательной воды; для ГТУ - воздуха и газов).
Тепловую схему ПТУ характеризуют следующие величины: начальные параметры пара, наличие промежуточного перегрева пара, число ступеней регенеративного подогрева питательной воды, привод главного питательного насоса и электрогенератора; для ГТУ -степень повышения давления воздуха в компрессоре, степень понижения давления газов в турбине, начальная температура газов, температура отработавшего газа, количество ступеней подвода тепла (камер сгорания), ступеней промежуточного охлаждения воздуха, регенерация тепла отработавших газов и др.
От выбора тепловой схемы зависят также: экономичность её работы, габариты, удобство эксплуатации и надежность работы ЭУ. Различают принципиальные и развернутые тепловые семы.
Тепловая схема энергетической установки (стационарной или транспортной) устанавливает взаимосвязи основных агрегатов и аппаратов, при помощи которых осуществляется выработка механической энергии для самой установки и технических нужд (выработка электроэнергии и тепла). От состава и структуры выбранной тепловой схемы зависит размер необратимых потерь в элементах (двигателях, теплообменных аппаратах и др.).
Принципиальные тепловые схемы представляют собой условное графическое изображение основных элементов энергетической установки и их технологических связей с указанием направления движения рабочего тела, его термодинамических параметров и массовых расходов.
В принципиальной тепловой схеме показывают лишь те связи между оборудованием ЭУ, которые необходимы для осуществления технологического процесса. Резервное оборудование на схеме не указывается. Однотипное оборудование вне зависимости от числа установленных агрегатов изображается одним элементом, а трубопроводы при нескольких параллельных потоках - одной ниткой.
Окончательное составление схемы производится лишь после того, как на основе предварительных проработок выбраны тип двигателей ЭУ, начальные и конечные параметры установки, ее мощность, схема регенераций тепла, схема отпуска тепла потребителям, включение подогревателей, испарителей, паропреобразователей и др.
Расчет принципиальной тепловой схемы позволяет установить показатели энергетической экономичности ЭУ и ее отдельных установок, а также расходы энергоносителей (пара, воды, воздуха, газа). Кроме того, по данным этого расчета уточняются характеристики основного оборудования и требования к техническим характеристикам вспомогательного оборудования.
Окончательный выбор тепловой схемы производится на основе вариантных расчетов, при технико-экономическом анализе. Исходными данными для расчета служат заданные: мощностные показатели установки и условия ее эксплуатации.
Развернутая тепловая схема предусматривает графическое изображение всего основного оборудования, т.е. всех энергоблоков и технологических связей с указанием их основных характеристик.
В отличие от принципиальной тепловой схемы, на развернутой схеме показывают полный состав всего теплового оборудования, включая резервные агрегаты в действительном их количестве, а также коммутации со всеми запорными органами и другой арматурой (обратные, предохранительные клапаны и др.). Развернутая схема служит основанием для разработки рабочих чертежей трубопроводов и используется эксплуатационным персоналом при обслуживании, ликвидации аварий и т.п.
Энергетическая эффективность ЭУ оценивается с помощью различных КПД, которые позволяют дифференцированно анализировать влияние отдельных факторов на ее энергетическую экономичность [2].
Затраты, связанные с реализацией рассматриваемого варианта решения по достижению поставленной цели (строительство котельной или энергетической установки в целом или ее отдельных систем, устройств, реконструкция каких-либо объектов, реорганизация их эксплуатации, изменение режима
работы установок, сооружение дополнительных объектов и др.), обобщаются в двух денежных показателях, используемых во всех отраслях промышленности как единая система экономических показателей анализируемых вариантов: удельных капитальных затратах при реализации вариантов (строительстве новых объектов, систем, реконструкции, реорганизации существующих объектов, систем) и удельной себестоимости (удельных эксплуатационных расходах) при введении в эксплуатацию реализуемых вариантов решения.
Если К - единовременные капитальные вложения в рублях (средства, вкладываемые сразу в момент внедрения технического решения), то удельные капиталовложения, характеризующие единовременные затраты в рублях на единицу готовой продукции или единицу производственной мощности, определяются по формулам:
Кд = К/до (1)
= К/К,]
где Q - количество продукции, выпускаемой за год, ед. прод./год; N - производственная мощность, ед. прод./ч; N = д/т (т-число часов использования производственной мощности для выпуска продукции в течение года, ч/год).
Удельная себестоимость продукции в рублях определяется аналогично по формуле:
с = и/д. (2)
где И - годовые издержки производства, характеризующие суммарные эксплуатационные расходы на выпуск продукции в течение года, руб/год.
На предприятиях, выпускающих разнородную продукцию или работающих в специфических условиях, как, например, морской транспорт, применяется показатель эксплуатационных затрат на 1 руб. товарной продукции. Этот показатель определяется отношением себестоимости всей товарной продукции к стоимости товарной продукции в оптовых ценах (для транспорта - в договорных ценах) и является показателем себестоимости единицы обезличенной продукции (в ценностном выражения). Таким образом, два стоимостных показателя, характеризующие денежные затраты, имеют различные единицы измерения. Поэтому их суммировать простым сложением нельзя. Производить опенку эффективности сравниваемых вариантов только по одному из этих показателей тоже нельзя, так как при больших капиталовложениях, например, в первом варианте К1>К2 годовые издержки, как правило, оказываются меньше, И1<И2. Следовательно, необходим комплексный показатель, характеризующий совокупные эксплуатационные и капитальные
затраты с учетом различий в их экономической сущности. Таким показателем, согласно Типовой методике определения экономической эффективности капитальных вложений в различных отраслях хозяйства, являются приведенные затраты.
Завершающим этапом является сравнительный анализ вариантов решения по обобщенным экономическим показателям и социальной значимости осуществленного решения.
Дополнительный критерий эффективности принятия решений
Повышение экономичности работы энергетических установок связано с совершенствованием тепловой схемы установки либо конструкции ее основных элементов. В обоих случаях требуются дополнительные капиталовложения. В этих же случаях снижается годовой и удельный расход топлива с В0 до
В, кг/год, и с Ь0 до Ь, кг/(кВтч). Капиталовложения возрастают с К0 до К, руб. Норма амортизации Еа и эффективности дополнительных капиталовложений Ен, а также выработанная (отпущенная) энергия ^т (здесь т -число часов использования оборудования, ч/год) и цена топлива Цт, руб./т, не изменяются.
В рамках сравнительного анализа вариантов реконструкции тепловой схемы ЭУ ниже предлагается показатель - дополнительные капитальные вложения.
Пусть снижение удельного расхода топлива, кг/кВтч,
(3)
(4)
ЛЬ = Ь0 - ь.
Экономия топлива за год, т/год,
ЛВ = 10-3 ЛЬКет . Дополнительные капиталовложения,
руб.,
ЛК = К -К0. (5)
Дополнительные затраты на амортизацию, руб./год,
ЛИа = ЕаЛК . (6)
Определим, при каком снижении удельного расхода топлива экономически оправдан переход к более совершенному энергетическому оборудованию.
Минимально допустимый экономический эффект для рассматриваемого варианта
определяется равенством:
Ен = (ЛВ • Цт -ЛИа)/ЛК . (7)
После подстановки величин и преобразований это выражение примет вид, руб.,
Л = I0-3 ЛЬКетЦт = А •ЛЬ ,
ПР Еа - Ен
где А =
10-
Ниже на рисунке приведена функциональная зависимость удельного расхода топлива на энергетическую установку от величины предельно допустимых капитальных вложений, например, при реконструкции тепловой схемы.
(8)
Еа - Ен
NтЦт .
Рис. Влияние предельно допустимой величины дополнительных капитальных вложений на
снижение удельного расхода топлива
Величина коэффициента А является функцией N, т, Цт, т. е. чем выше среднегодовая нагрузка энергетической установки, больше число часов работы оборудования (выше надежность работы) и стоимость топлива, тем большее значение имеют предельные капиталовложения, тем выгоднее вкладывать дополнительные средства.
Выводы
1. Техническая и экономическая целесообразность разработки и реконструкции тепловых схем энергетических установок выявляется на основе комплексного анализа как одного из принципов принятия технических решений.
2. Объективным показателем целесообразности реконструкции тепловых схем энергоустановок является предельно допустимая величина дополнительных капитальных вложений.
Библиографический список
1. Гречко Н.Ф. Судовые турбинные установки / Н.Ф. Гречко. Одесса: «ФЕНИКС», 2005. 317 с.
2. Транспортная теплотехника: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / А.Э. Симсон, И.Д. Михайлов, В.Д. Сахаревич, В.И. Перелет. М.: Транспорт, 1988. 319 с.
3. Кистьянц Л.К. Экономия тепла и топлива в стационарном теплоэнергетическом хозяйстве железнодорожного транспорта / Л.К. Кистьянц, Е.М. Юдаев. М.: Транспорт,
1977. 222 c.
CHOICE OF CRITERION OF THE ESTIMATION OF EFFICIENCY OF DEVELOPMENT AND RECONSTRUCTION OF THE THERMAL SCHEMA OF POWER SETTING
executed. Defects of branch techniques of technological accounts in energetics and on the transport are revealed. The padding criterion of an estimation of efficiency of development and reconstruction of thermal schemas of power settings by the way marginal capital investments is offered.
V. R. Vedruchenko, N. V. Zhdanov,
M. V. Kulkov
The brief analysis of methods of increase of efficiency of acceptance of technical decisions is
УДК 625.76
Рецензент: А.С. Ненишев, доктор технических наук, доцент СибАДИ.
Статья поступила 21.02.2008 г.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РУЛЕВЫХ МЕХАНИЗМОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГИДРОСИСТЕМ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
А.В. Жданов, преподаватель; В.В. Меньков, аспирант Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
Аннотация. В статье описаны результаты исследования устойчивости гидросистем рулевого управления. При помощи фазовых траекторий выявлены параметры гидравлического рулевого механизма, влияющие на устойчивость. Проведенные исследования позволили дать научно-обоснованные рекомендации по выбору основных конструктивных параметров гидрораспределителя для широкого диапазона значений рабочего объема гидромотора обратной связи.
Введение
Гидравлические рулевые механизмы (ГРМ) являются самостоятельными агрегатами, входящими в состав гидросистем рулевого управления строительных и дорожных машин.
ГРМ - позиционная система автоматического регулирования с отрицательной гидравлической обратной связью. Она является важнейшим механизмом машины. Поэтому к ГРМ предъявляются жесткие требования по обеспечению динамической устойчивости.
Теоретические исследования
Наиболее ответственными конструктивными параметрами ГРМ являются параметры гидрораспределителя: диаметры отверстий гидромоторного ряда в гильзе, углы зоны нечувствительности гидрораспределителя и рабочий объем гидромотора обратной связи.
ГРМ является нелинейной системой, в которой вид нелинейной статической характеристики распределителя зависит от перечисленных выше параметров. Анализ устойчивости нелинейной системы был проведен
методом фазовых траекторий [1]. Для количественной оценки устойчивости использован коэффициент колебательности.
Построенные фазовые траектории ГРУ (рисунок 1...4) при различных значениях конструктивных параметров гидрораспределителя ГРМ для различных значений рабочего объема гидромотора обратной связи позволили выявить, что на устойчивость системы при включении гидропривода оказывает влияние величина диаметра отверстий гидромоторного ряда. С увеличением размеров отверстий коэффициент колебательности возрастает. При рабочем объеме гидромотора обратной связи 80 ■ 10-6 м3 система является устойчивой при значениях диаметров отверстий гидромоторного ряда до 37,88 • 10"
4 м; при 125 ■ 10-6 м3 - до 37,56 • 10-4 м; при 160 ■ 10-6 м3 - до 37,28 • 10-4 м; при 200 ■ 10-6 м3 - до 36,92 • 10-4 м; при 250 м3 - до 36,34 • 10-4 м.
