Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 10
1.1. Инфракрасное излучение И)
1.2. Классификация инфракрасных излучателей 13
1.3. Обзор литературных источников 19
1.4. Устройство инфракрасных газовых горелок светлого типа 21
1.5. Патентные исследования светлых инфракрасных излучателей 25
1.6. Сравнительный анализ инфракрасных горелок светлого и темного типа 33
1.7. Обзор производителей и рынка инфракрасных излучателей светлого типа 39
1.8. Опыт использования инфракрасных нагревателей светлого типа 43
Выводы 48
2. Теоретическая часть 49
2.1. Постановка задачи 49
2.2. Температура в зоне горения газа и на поверхности керамических матриц 50
2.3. Пределы устойчивой работы газовых горелок инфракрасного излучения с керамическими перфорированными насадками 56
2.4. Гидравлический режим газовых инфракрасных горелок 58
2.5. Тепловой баланс горелки инфракрасного излучения 63
2.6. Способы увеличения КПД инфракрасных горелок 21
2.7. Образование основных вредных веществ при сжигании газа в горелках инфракрасного излучения 77
Выводы 81
3. Экспериментальная часть 82
3.1. Экспериментальные стенды 82
3.2. Методики исследования 85
3.3. Характеристика аппаратурного и приборного оснащения 92
3.4. Планирование эксперимента 98
3.5. Результаты работы горелок на газе низкого давления 106
3.6. Результаты конструктивного расчёта 113
3.7. Результаты тарировки расхода газа 117
3.8. Результаты работы горелок на газе среднего давления 121
3.9. Сравнительный анализ результатов исследований 127
Выводы 133
4. Экономическое обоснование применения газовых инфракрасных нагревателей для сушки лакокрасочных покрытий и оценка экономического эффекта от внедрения 134
4.1. Капитальные затраты 134
4.2. Эксплуатационные затраты 135
4.3. Расчет экономической эффективности внедрения 139
Выводы 144
Основные результаты и выводы 145
Список литературы 147
Приложения 160
- Сравнительный анализ инфракрасных горелок светлого и темного типа
- Пределы устойчивой работы газовых горелок инфракрасного излучения с керамическими перфорированными насадками
- Характеристика аппаратурного и приборного оснащения
- Расчет экономической эффективности внедрения
Введение к работе
Совершенствование, интенсификация и автоматизация технологических процессов приводят к необходимости повысить качество используемых тепло-энергоносителей. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет природный газ - наиболее эффективное и экологически чистое топливо. Природный газ занимает доминирующее положение в структуре топливного баланса России, стран СЫТ и западной Европы.
Газовая промышленность — единственная отрасль в нашей стране, которая в прошедшем десятилетии не только сохранила объемы производства, но и продолжала работу по развитию Единой системы газоснабжения и укреплению позиций на внешних рынках. Газификация России - важный фактор в решении задач научно-технического прогресса и улучшения благосостояния народа. Применение газа дает значительный экономический эффект. Газ - не только топливо, но и ценное сырье для химической промышленности. Бесперебойная работа отрасли обеспечивает надежное тепло- и электроснабжение промышленности и населения в большей части регионов России.
Рациональное использование газообразного топлива позволяет получить значительный экономический эффект, а также повысить интенсивность производства и качество получаемой продукции.
В последние годы в России уделяется значительное внимание проблеме сбережения невозобновляемых энергетических ресурсов во всех отраслях хозяйственной деятельности и, особенно, в сфере отопления и теплоснабжения. Актуальность энергосбережения в России подтверждается Указом Президента РФ [120], Федеральным законом № 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г. «Об энергосбережении» [121] и принятым 21.11.08 в первом чтении Госдумой проектом закона ФЗ № 111730-5 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». Эти документы предусматривают планирование энергосбережения и повышение энергетической эффективности устройств и помещений, а также снижение потребления невозобновляемых энергетических ресурсов, экономию энергии при производстве материальных и иных благ. Особенно остро проблема энергосбережения встала в условиях мирового финансового кризиса.
Наиболее эффективное сжигание природного газа для целей отопления обеспечивают горелки инфракрасного излучения (ГИИ), работающие по принципу лучистого теплообмена. В спектре всех электромагнитных волн участок инфракрасного излучения находится в пределах от 0,76 до 420 мкм. Инфракрасные лучи могут распространяться прямолинейно, преломляться, отражаться и поляризоваться. В то же время они, подобно радиоволнам, могут проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для видимых лучей [8, 49, 62, 93, 106, 107].
Биологическое действие инфракрасного радиационного отопления благоприятно для человека. Тепловые лучи с длиной волны более 2 мкм нагревают в основном поверхность кожи. Лучи с длиной волны до 1,5 мкм проникают через поверхность кожи, частично нагревая её, достигают сети кровеносных сосудов, непосредственно повышая температуру крови, что вызывает приятное тепловое ощущение. При лучистом отоплении тело человека отдаёт большую часть избыточного тепла путём конвекции окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру, чем тело. Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно влияет на самочувствие [18, 48, 62, 90, 106].
Актуальность исследований. ГИИ используются для отопления крупных промышленных, общественных и сельскохозяйственных зданий. Особенно широко ГИИ стали использовать в системах децентрализованного теплоснабжения. Как показывает зарубежная и отечественная практика, местные системы отопления с газовыми инфракрасными обогревателями эффективно экономят энергоресурсы при одновременном повышении уровня теплового комфорта потребителей. Однако сферы применения горелок инфракрасного излучения с открытым пламенем на современном этапе ограничены действующими санитарно-гигиеническими и пожарными нормативами. Поэтому наибольшее распространение получили инфракрасные излучатели темного типа на основе греющих труб. Однако данные излучатели характеризуются более низким лучистым КПД и экологическими показателями по сравнению со светлыми излучателями с открытой огневой поверхностью [23, 97, 99].
Актуальность темы определяется недостаточной разработкой вопросов повышения энергоэффективности, экологических показателей и конкурентоспособности отечественных газовых инфракрасных обогревателей светлого типа.
Основное внимание в работе уделено важной задаче экономии природного газа при отоплении крупноразмерных зданий и сушки различных изделий и покрытий с помощью газовых инфракрасных обогревателей светлого типа.
Целью работы является разработка способа повышения энергоэффективности, экологических показателей и конкурентоспособности отечественных газовых инфракрасных обогревателей светлого типа.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Разработана схема тепловых потоков газовых горелок инфракрасного излучения светлого типа с прозрачным экраном и без него, учитывающая конвективные потери;
2. Предложены балансовые уравнения, учитывающие охлаждение поверхности конвективными потоками, возникающими при обтекании огневой поверхности окружающим воздухом для горелок с прозрачным экраном и без него;
3. Установлена зависимость температуры излучателя от коэффициента избытка воздуха и тепловой нагрузки горелок, оснащенных прозрачным экраном.
Научная новизна работы подтверждается патентом РФ на изобретение RU 2367846 С2 «Способ сжигания газа и горелка для его осуществления». Практическое значение результатов работы: • уточнена методика теплотехнического расчета горелок инфракрасного излучения светлого типа, оснащенных прозрачным экраном; • по результатам исследований предложен и апробирован способ беспламенного сжигания газового топлива, осуществляемый в газовых инфракрасных излучателях светлого типа, оснащенных прозрачным экраном, изолирующим огневую поверхность и продукты сгорания, позволяющий при этом увеличить эффективность и экологические показатели горелок.
Результаты исследований могут использоваться при разработке и производстве отечественных газовых инфракрасных обогревателей светлого типа, для повышения их энергоэффективности, экологических показателей и конкурентоспособности.
На защиту выносится:
• схема тепловых потоков газовых горелок инфракрасного излучения светлого типа с прозрачным экраном и без него, учитывающая конвективные потери;
• балансовые уравнения, учитывающие охлаждение поверхности конвективными потоками, возникающими при обтекании огневой поверхности окружающим воздухом для горелок с прозрачным экраном и без него;
• математическая модель, описывающая зависимость температуры излучателя от коэффициента избытка воздуха и тепловой нагрузки инфракрасных горелок, оснащенных прозрачным экраном;
• результаты исследований горелки инфракрасного излучения ГИИ -1,85 оснащенной прозрачным экраном при работе на бедной газовоздушной смеси на газе низкого давления с принудительной подачей воздуха и на газе среднего давления без принудительной подачи воздуха;
• результаты исследований горелки инфракрасного излучения ГИИВ — 3,65 оснащенной прозрачным экраном при работе на бедной газовоздушной смеси на газе среднего давления; Результаты исследований были внедрены на предприятиях Самарской области: ОАО «Волжско-Уральская Транспортная компания», ЗАО НПК «Универсал». Акты внедрения результатов научно-исследовательской работы представлены в приложениях к диссертации. По результатам сравнения двух вариантов внедрения на предприятии ОАО «Волжско-Уральская Транспортная компания» подсчитан годовой экономический эффект.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Самарской областной студенческой конференции. - Самара: СГАУ, 2003, 2005 г.г., конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов». Сборник трудов. — Тольятти: ТГУ, 2004 г., научных чтениях студентов и аспирантов. - Тольятти: ТГУ, 2005 г., II Международной научно-практической конференции «Дни науки - 2006». - Украина, Днепропетровск: 2006 г., Международной научно-практической конференции «Научный потенциал мира - 2007». - Украина, Днепропетровск: 2007 г., II Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». - Москва: МГСУ, 2007 г. Публиковались в Объединенном научном журнале № 14. — Москва: сентябрь 2007 г., журнале ГАЗ - Саратов: 2008, январь, №1, журнале «Инженерные системы» - М.: АВОК Северо-запад, 2009, №1, журнале «Известия высших учебных заведений. Строительство» - Новосибирск: Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет, 2009, №10.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 12 научных публикациях, в том числе в одном издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основной части, основных результатов и выводов, списка литературы из 150 наименований и приложений, которые включают акты внедрения результатов научно-исследовательской работы. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, включая 59 рисунков и 35 таблиц.
Сравнительный анализ инфракрасных горелок светлого и темного типа
Каждый тип инфракрасных горелок — светлый и тёмный имеет свои преимущества и недостатки. Только после анализа областей, в которых излучатель в наибольшей мере удовлетворяет своему функциональному назначению, можно выбрать оптимальный способ отопления и тип излучателя [97]. Сравнение по области применения:
Для светлых излучателей область их использования точно ограничена — они не пригодны для отопления объектов по всей площади, где постоянно находится человек. Высокая интенсивность и относительно острый угол излучения приводят при отоплении по всей площади к неравномерности плотности излучения на полу. Это приводит к тому, что в полу не аккумулируется достаточное количество энергии для равномерного обогрева воздуха в помещении. Возникает большая разница между ощущаемой температурой и температурой воздуха. В результате чего человек не чувствует себя комфортно. Эффективно применять светлые излучатели для локального обогрева рабочих мест на открытых и полуоткрытых площадках, а также для нагрева инертных материалов.
Тёмные излучатели пригодны для отопления по всей площади промышленных помещений с постоянным пребыванием рабочего персонала, но помещение должно иметь достаточную тепловую изоляцию. Темные излучатели пожаробезопасны и оснащены системой удаления дымовых газов. Область их применения из-за более низкой теплоотдачи ограничивается помещениями с высотой от 4 до 6 м.
У темных излучателей процесс горения происходит в полностью закрытом пространстве, а у светлых — непосредственно на излучающей поверхности, т.е. открыто и небезопасно. Поэтому к применению светлых излучателей предъявляет более жесткие требования по пожарным нормам.
Область применения систем обогрева с газовыми ГИИ наиболее полно описана в стандарте СТО НП «АВОК» 4.1.5-2006 [116]. Согласно этому документу системы отопления и обогрева с «темными» ГИИ допускается применять на открытых площадках и в помещениях зданий и сооружений производственного и складского назначения классов функциональной пожарной опасности Ф5.1 и Ф5.2 по СНиП 21.01 — 97 [113], относящихся к категории В1, В2, ВЗ, В4 с размещением ГИИ вне взрывоопасных зон и категориям Г и Д по НПБ 105-03 [77], сельскохозяйственных зданий класса Ф5.3, зрелищных и культурно-просветительских учреждений классов Ф2.3 и Ф2.4 с расчетным числом посадочных мест для посетителей и расположенных на открытом воздухе, физкультурно-оздоровительных комплексов и спортивно-тренировочных учреждений класса Ф3.6 без трибун для зрителей.
Системы со «светлыми» ГИИ допускается применять на открытых площадках и в помещениях зданий и сооружений производственного и складского назначения (при наличии в них персонала) классов функциональной пожарной опасности Ф5.1 и Ф5.2 по СНиП 21.01 -97 [113], относящихся к категории В2, ВЗ, В4 с размещением ГИИ вне взрывоопасных зон и категориям Г и Д по НПБ 105-03 [77], а также в помещениях и сооружениях классов функциональной пожарной опасности Ф2.3 и Ф2.4, расположенных на открытом воздухе. Сравнение по конструктивным особенностям:
Современный газовый отопительный прибор темного излучения представляет собой трубу диаметром 75 — 120 мм. С одной стороны трубы устанавливается горелка, с другой вентилятор. Над трубой крепится рефлектор из полированной стали или алюминия. Вся конструкция подвешивается под потолком или на стене внутри здания. Труба нагревается продуктами сгорания до температуры 150- 450С. Используются стальные трубы, обработанные специальным термостойким покрытием с высокой степенью черноты (до 0,92 - 0,97), которое позволяет смещать спектр излучения в сторону инфракрасного. Продукты сгорания выбрасываются либо внутрь помещения, либо в атмосферу через специальный дымоход.
Темные излучатели имеют большие габаритных размеров (длина от 5 до 21 м) и вес (до 200 кг). Светлые излучатели (рисунок 1.4) имеют небольшие размеры, компактны и легки благодаря высокой интенсивности излучения (10 см2 излучающей площади способны передать мощность приблизительно 1200 Вт). Сравнительно небольшая площадь излучающей поверхности приводит к высокой плотности теплового потока. ГОСТ 12.1.005 - 88 [30] ограничивает плотность теплового потока на незащищенных участках головы величиной 15 Вт/м , а при понижении температуры на 4С - 75 Вт/м . Достичь равномерной плотности потока на облучаемой площади в случае применения светлых излучателей сложнее, чем при использовании темных.
Светлые излучатели имеют срок службы в 2 - 3 раза больше по сравнению с темными излучателями - около 20 лет. Светлые излучатели в среднем на 10 — 15% экономичнее по потреблению газа за счет исключения потерь тепла с уходящими газами, потребляют меньше электроэнергии и создают меньше шума, поскольку вообще не имеют вентиляторов. Кроме того, они надежнее в эксплуатации, так как не имеют подвижных частей. В то время как темные излучатели всегда имеют вентиляторы, которые у большинства производителей еще и контактируют с дымовыми газами с температурой примерно 200С.
Темные излучатели имеют значительно большую поверхность излучения, плотность теплового потока гораздо ниже, чем у светлых. Тёмный излучатель характеризуется более низкой лучистой эффективностью, которая колеблется в диапазоне 30 - 45%. Эта эффективность достигается с помощью рефлектора, который образует зеркальную плоскость, отражающую излучения в необходимом направлении. Кроме центрального излучения, которое распространяется примерно под углом 90, имеется и боковое излучение с углом 120. Трубы передают 30 - 45% теплоты инфракрасным излучением в рабочую зону помещения, обогревая людей, нагревая полы и оборудование. Остальная часть теплоты конвекцией передается окружающему воздуху. Доля отводимой в атмосферу с продуктами сгорания теплоты составляет не более 5 - 8% общего ее количества.
Пределы устойчивой работы газовых горелок инфракрасного излучения с керамическими перфорированными насадками
Различают следующие режимы поведения пламени у огневых отверстий: устойчивое горение, проскок и отрыв. Устойчивое горение (стабильное пламя) - это установившееся состояние, при котором по отношению к выходному отверстию пламя занимает примерно постоянное положение. Проскок возможен только у пламени предварительно подготовленной горючей смеси, а отрыв - любого пламени.
Стабильность пламени зависит от скорости газового потока, геометрии огневого канала, состава смеси, влияния стенки канала и скорости распространения пламени. Решающим фактором является соотношение скорости газового потока и скорости распространения пламени в устье огневого канала. Если скорость распространения пламени превышает скорость потока горючей смеси, то фронт горения перемещаются навстречу вытекающей смеси и проникает в огневые отверстия. Произойдет проскок пламени, который сопровождается хлопком - взрывом горючей смеси в смесителе. Если скорость горючей смеси превышает скорость распространения пламени, то фронт пламени отрывается от огневого отверстия. Отрыв пламени сопровождается погасанием. Устойчивость по отношению к проскоку является для горелок инфракрасного излучения главным критерием нормальной работы, так как отрыв пламени возникает лишь в диапазоне значений q и а не представляющем интереса для практики [60, 62].
В керамической насадке смесь проходит через цилиндрические каналы диаметром меньше критического. Горение в начальный период происходит в зоне малой толщины над поверхностью, а затем пламя заходит в устье каналов. Благодаря этому огневая поверхность разогревается до температуры 750 - 950С. Насадка прогревается вглубь и осуществляет при этом предварительный подогрев горючей смеси. Предварительный подогрев смеси ведет к увеличению скорости распространения пламени, а это может вызвать его проникновение в глубь каналов насадки и в дальнейшем проскок пламени.
Экспериментальные исследования пределов устойчивости пламени на перфорированных керамических насадках показали, что проскок пламени через них возможен в тех случаях, когда тепловую мощность увеличивают до некоторого критического значения. При этом тепловая мощность зависит от вида газа и содержания воздуха в горючей смеси [18].
На рисунке 2.5 приведены пределы проскока пламени смеси сжиженного газа с воздухом для керамической плитки с отверстиями 1,55 мм.
Кривая, ограничивающая область проскоков снизу, получена при мощностях значительно превышающих номинальную. Так как теплота сгорания смеси стехиометрического состава больше теплоты сгорания при бедной или богатой смеси, то минимум критической тепловой мощности приходится на величину коэффициента а = 1,05.
Из рисунка 2.5 видно, что при а 1,15 возникновение проскока пламени через перфорированные керамические насадки уже не зависит от тепловой нагрузки горелки. Значит, для повышения устойчивости к проскоку горелок инфракрасного излучения при условии повышения температуры поверхности керамических плиток следует использовать газовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха а 1,15.
Теоретически необходимое количество кислорода для полного сгорания углеводородных газов определяется по стехиометрическому уравнению: В воздухе объемное отношение азота и кислорода составляет 79/21 (4,76), поэтому объем воздуха, необходимого для сгорания 1 м газа, в 4,76 раза больше объема кислорода. Расход воздуха необходимый для сгорания 1 м газа определяется по формуле: Отношение действительно объема воздуха Vp к теоретически необходимому объему VQ представляет собой коэффициент избытка воздуха:
Чтобы достигнуть полного сгорания газа, необходимо подводить воздух с коэффициентом избытка не менее а = 1,02 [8, 18, 23, 62].
ГИИ работают на газе низкого давления, поэтому любая потеря напора затрудняет получение газовоздушной смеси необходимого состава [8]. Суммарные потери напора в горелке складываются из потерь энергии во всасывающей камере АРв.к., в эжекторе АРЭЖ, в излучающей панели АРИЗл.п и в металлической сетке ДРсет:
Из четырех составляющих потерь напора большая часть падает на преодоление гидравлического сопротивления сетки, расположенной в зоне высоких температур. Так как объем продуктов сгорания более чем в 4 раза превышает объем холодной газовоздушной смеси, то гидравлическое сопротивление сетки может возрасти примерно в 16 раз. Гидравлическое сопротивление сетки определяется по формуле: где , - коэффициент гидравлического сопротивления сетки; и — скорость выхода газовоздушной смеси, м/сек; р - плотность газовоздушной смеси, кг-сек2/м4, определяется по формуле: где рг - плотность газа, кг-сек2/м4; рв - плотность воздуха; кг-сек2/м4; m - действительное отношение расхода воздуха к расходу газа, равное a-V0. Во всех случаях скорость выхода смеси находим по формуле: где QCM - расход газовоздушной смеси в м /ч; FCM - площадь живого сечения сетки, м . Значения коэффициентов гидравлического сопротивления могут определяться по формуле: где i - коэффициент гидравлического сопротивления сетки; f — коэффициент живого сечения сетки: где Fo — площадь живого сечения сетки, м ; Fc— общая площадь сетки, м2; Re - число Рейнольдса; 8ср - средний диаметр проволоки сетки, м; KRC— коэффициент, учитывающий влияние характера движения на потери давления; KRe - определяется по графику, приведенному на рисунке 2.6; Ко = 1,3 для сеток, бывших в эксплуатации, а для новых К0 = 1.
Характеристика аппаратурного и приборного оснащения
В ходе экспериментальных исследований использовались следующие приборы и аппаратура:
Регулятор давления газа РДСГ -1 — 1,2 предназначен для поддержания заданного давления газа перед горелкой. Использовался модифицированный регулятор. Давление газа задавалось в пределах 900 - 3600 Па.
Счетчик газовый барабанный ГСБ — 400 (зав.№ 5204, акт поверки от 18.03.2006 г.) предназначен для лабораторных измерений объемов газов. Технические данные: номинальный расход 0,4 м /м; пределы измерения 0,02 - 0,6 м /м; класс точности 1,0.
Газоанализаторы серии «МГЛ - 19.ХА» (зав.№ 1091-2-08, акт поверки от 08.05.2008 г., зав.№ 1090-2-08 акт поверки от 07.05.2008 г., зав.№ 1092-2-08 акт поверки от 08.05.2008 г.) предназначены для раздельного измерения массовых концентраций СО, NO, NO2 в воздухе рабочей зоны. Технические характеристики газоанализаторов приведены в таблице 3.3.
Газоанализатор «Автотест - 02 СО - С02 - СН - 02 - NOx - X - Т» (зав.№ 6606, акт поверки от 14.02.2006 г.) предназначен для одновременного определения содержания оксида углерода, диоксида углерода, углеводородов, кислорода, оксидов азота, а также частоты вращения коленчатого вала двигателя и вычисления .-параметра (коэффициента избытка воздуха) в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине или газовом топливе. Технические характеристики газоанализатора приведены в таблице 3.4.
Для обеспечения более точных измерений газоанализатор был подключен к компьютеру, оснащенному соответствующим программным обеспечением позволяющим фиксировать изменение состава продуктов сгорания во времени с точностью до секунды.
Вентилятор осевой оригинальной конструкции предназначен для формирования бедной газовоздушной смеси путём принудительной, регулируемой подачи избыточного воздуха.
Регулятор напряжения бытовой РНБ-1 предназначен для изменения напряжения в пределах 0 - 250 В. Использовался для регулирования частоты вращения вентилятора.
Мультиметр цифровой DT - 832 предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения, постоянного тока, сопротивления. Использовался для измерения напряжения создающегося на выводах инфракрасного датчика. Технические данные: используемые пределы измерения 2000 мВ - 20В; точность на данных пределах измерения ± 0,5% -=- ± 0,25%.
Инфракрасный датчик направленного действия на основе фоторезистора ФР1-3. Предназначен для приема инфракрасного излучения. Использовался для регистрации пирометрической температуры излучателя. Технические характеристики фоторезистора приведены в таблице 3.5.
Термометр цифровой малогабаритный ТЦМ 1510 (зав.№ 2106, акт поверки от 11.08.2007 г.) предназначен для измерений температуры различных неагрессивных жидких, твердых и газообразных сред в диапазоне температур от 0С до 1200С. Технические характеристики прибора приведены в таблице 3.6.
Теория планирования эксперимента формулирует приемы и способы оптимальной организации экспериментирования при исследованиях объектов самой разной физической природы. Применение методов и приемов этой теории позволяет эффективно, с наименьшими затратами решать многие практически важные исследовательские задачи: построение по опытным данным математических моделей объектов и явлений, оптимизацию процессов, проверку различных предположений об их свойствах. Эффективность указанных методов доказана на многочисленных примерах использования их в различных областях науки и техники: физике и химии, биологии и медицине, радиотехнике и электронике, автоматике и вычислительной технике, в задачах организации производства и технико-экономических исследованиях.
Главные цели планирования эксперимента заключается в достижении его максимальной точности и минимальной стоимости. Однако достижение максимальной точности требует увеличения числа опытов, что приводит к повышению стоимости эксперимента. Поэтому возникает задача оптимизации в постановке эксперимента.
Методически опыты могут быть поставлены двояко. Традиционный метод постановки опытов состоит в изменении одного какого-либо фактора при сохранении всех других факторов, влияющих на процесс, постоянными. Этот метод постановки опытов известен под названием метода однофактор-ного эксперимента. При такой методике взаимное влияние факторов учесть невозможно.
Расчет экономической эффективности внедрения
Сравнительная экономическая эффективность вариантов новых технических и технологических решений определяется на основе сопоставления величин показателей внедряемого и базового варианта. За базовый вариант принимаем систему на основе газовых инфракрасных горелок ГИИВ - 3,65. Систему на основе инфракрасных горелок ГИИВ - 3,65, оснащенных прозрачным экраном и работающих при коэффициенте а = 1,4 принимаем за внедряемый вариант. По данным ОАО «ВолгаУралТранс» подвижной состав в вагонно-ремонтном депо предприятия окрашивается эмалью ПФ-115 в 2 слоя. Технические характеристики эмали ПФ-115: 1. Время высыхания при температуре 20 С, не более 24 ч 2. Максимально допустимая температура сушки - 110 С 3. Время высыхания при температуре 100 С, не более 1 ч Для оценки времени сушки железнодорожного вагона окрашенного эмалью ПФ-115 по базовому и внедряемому варианту получены экспериментальные данные, представленные в таблице 4.2. Полученные данные свидетельствуют о том, что при оснащении горелки прозрачным экраном с отверстием для отвода продуктов сгорания время сушки сократилось с 1,1 ч до 0,78 ч. Площадь вагона покрываемая эмалью составляет 96 м2. С учетом площади окрашенной поверхности доводимой до полного высыхания 1 горелкой ГИИВ - 3,65 за время t - 0,45 м требуемое количество горелок для сушки вагона составит: Таким образом для базового варианта затраты на сушку вагона, окрашенного эмалью ПФ-115 в 1 слой составят: Для внедряемого варианта затраты на сушку вагона, окрашенного в 1 слой эмалью ПФ-115 составят: Годовой экономический эффект новой техники и технологии определяется по формуле [105]: где Энт- экономический эффект новой техники, руб.; Збаз - приведенные затраты на производство единицы продукции с помощыо базового варианта техники и технологии, руб.; Знов - приведенные затраты на производство продукции с помощью новой техники или технологии, руб.; NiI0B - годовой объем производства продукции с помощыо новой техники и технологии, ед.;
Сбаз - себестоимость продукции базового варианта, руб.; Снов — себестоимость продукции на основе новой техники и технологии, руб.; Кбаз - капиталовложения на единицу продукции базового варианта, руб.; Кнов- капиталовложения на единицу продукции на основе новой техники и технологии, руб.; Ен — нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности. где Тн — нормальный срок окупаемости для энергетических объектов (8 лет). При расчете годового экономического эффекта от внедрения новой техники в составе капитальных вложений учитываются затраты на всех стадиях создания, разработки, внедрения и использования новой техники, а именно: где Кнр - затраты на научные исследования, конструкторские, опытные и опытно-промышленные установки, руб.; Ктп - затраты на приобретение, доставку, монтаж (демонтаж) оборудования, техническую подготовку, наладку и освоение производства, руб.; Коб - затраты на пополнение оборотных средств предприятия, связанные с созданием и использованием новой техники, руб.; Косв - затраты (прибыль) от производства и реализации продукции в период освоения производства, предшествующие расчетному году.
Себестоимость сушки лакокрасочного покрытия одной единицы железнодорожного подвижного состава в камере, оснащенной инфракрасными нагревателями, главным образом будет зависеть от затрат на энергоноситель. По базовому варианту средняя себестоимость сушки составит: По внедряемому варианту средняя себестоимость сушки составит: Снов= Знов 2 слоя = 76 руб./слой 2 слоя =152 руб. (4.12) Суммарные капитальные вложения по базовому варианту: Поскольку по двум вариантам трудоемкость и качество сушки одинаковы, то затраты (прибыль) от производства и реализации продукции в период освоения производства (Косв) в расчете не учтены. Затраты на пополнение оборотных средств предприятия (Коб) связаны с выплатой кредита на приобретение оборудования и составляют 15 % от стоимости оборудования. Суммарные капитальные вложения по варианту системы на основе газовых инфракрасных обогревателей определяются по формуле (4.10): Расчетный годовой объем производства в случае базового варианта по данным предприятия составит N6a3 = 400 ед./год. В случае внедряемого варианта время сушки сокращается на 30% по сравнению с базовым [Таблица 4.2]. Следовательно, пропорционально увеличится годовой объем производства продукции: Капиталовложения на единицу продукции базового варианта составят
