Министерство сельского хозяйства республики казахстан
жүктеу/скачать 7,26 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- УДК 636:631.3:621.3 Токмолдаев А.Б., Адилханов А.С.
- Результат исследований
- Вывод
- УДК 621.9.042
- Ключевые слова
- Материалы и методы, результаты исследований
Рисунок 4 – Нагрузочная диаграмма переходного процесса 184
Из осцилограммы видно что значение тока увеличивается от значения тока холостого хода (I хх =6А) до установившего значения тока при нагрузке (I раб =10,2А). Соответственно значение времени переходного процесса составляет Δt= 1,96с.
На базе выбранной дробилки и с использованием разработанной ручной задвижки проведены лабораторные исследования показателей нагрузочной диаграммы двигателя дробилки как случайной функции и рассчитаны математическое ожидание случайной функции m I , дисперсия D I , среднее квадратическое отклонение случайной функции и возможное максимальное отклонение случайной функции от ее математического ожидания I m :. m
I =7,35A, D I =0,0025A
2 , σ
I =0,05. Таким образом интервал изменения тока составляет I m =7,2-7,5A. Длительность переходного процесса изменения тока двигателя при практически мгновенном полном открытии задвижки составляет Δt = 1,96с; Литература
1. Шандров Б. В., Чудаков А. Д., Технические средства автоматизации. - М.: «Академия», 2007, 363 с. 2. Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы автоматики. - М.: «В.Школа», 1985, 110 с. 3. Вентцель Е.С., Теория вероятностей. - М.: «Наука», 1969, 576 с.
Токмолдаев А.Б., Адилханов А.С. Казахский национальный аграрный университет, ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК ПРИ ПОЛУЧЕНИИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Биогаз, альтернативная энергия, анаэробное сбраживание, биоэнергетика.
Биоэнергетика является универсальным
инструментом для решения
взаимосвязанных проблем в областях экологии, возобновляемых источников энергии и энергосбережения. В случаях использования этого вида энергетики, происходит замещение невозобновляемой энергии органического топлива за счет производства энергии из возобновляемых источников, и реализуется принцип сбережения невозобновляемого топлива с получением экономического, экологического и социального эффекта. Данный вид энергетики способен оказывать глубокое синтетическое положительное воздействие в тех местах, где этот вид применяется. В данной работе рассматриваются варианты повышения эффективности применения это вида энергетики в сельской местности Казахстана. На современном этапе развития сельскохозяйственного производства Казахстана, важными являются вопросы достаточного энергетического обеспечения сельскохозяйственных технологий, как основы для повышения производительности и снижения себестоимости производимой товарной продукции, с одновременным снижением стоимости такого энергообеспечения. Биоэнергетика способна выполнить такую задачу при условии выполнения ряда требований, определяемых в данной работе, в которой 185
энергетическая эффективность биоэнергетических технологий рассматривается в неразрывной связи экономических и технологических аспектов. Необходимое сочетание этих аспектов можно конкрети-зировать формулой, в соответствии с которой энергетическая эффективность данной технологии должна рассматриваться в рамках экономической целесообразности приме-нения определенных технических решений в данном месте и в данных условиях [1-5]. Одним из наиболее перспективных способов получения энергии при утилизации отходов является анаэробное сбраживание, позволяющее предотвратить загрязнение почвы, окружающего воздушного бассейна, а также получить продукты переработки отходов в виде высококачественных органических удобрений и газообразного топлива. Данная технология имеет значительные потенциалы для повышения энергетической эффективности технологического процесса в целом. От степени реализации этих потенциалов зависит экономический результат, получаемый при использовании биоэнергетики в конкретном месте и в определенных условиях. При внедрении биоэнергетического оборудования в сельском хозяйстве снижаются нагрузки на электрические сети, а также капитальные затраты на ввод новых мощностей, что способствует решению проблем энергодефицитных районов. Общее снижение удельного потребления топлива и энергии из невозобновляемых источников энергии положительно отражается на энергоемкости ВВП, на продовольственной безопасности и высвобождает значительные средства для повышения благосостояния граждан, проживающих в сельской местности. Общая технологическая схема получения и использования биогаза и удобрений показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - Общая технологическая схема получения и использования биогаза и удобрений 186
Результаты уже реализованных проектов в этой сфере свидетельствуют, что благодаря применению биоэнергетических технологий, появляется возможность значительно сократить расходы на платную электроэнергию централизованных источников, использованную для технологических целей. Очень важным стимулирующим фактором для внедрения возобновляемых источников энергии является естественный рост тарифов на энергоносители, которого, к сожалению, не удается избежать. Поэтому задача обеспечения эффективности биоэнергетических установок посредством получения оптимального количества товарного биогаза, а также экологически чистых биологических удобрений, является для условий Казахстана актуальной.
Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных бактерий и метанобразующих превращаются в газообразные продукты – метан и углекислоту. Одновременно при сбраживании навоза обеспечивается его дезодорация, дегельминтизация, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями форму. Однако, несмотря на положительные эффекты анаэробной обработки навоза в биогазовых реакторах, серьезным тормозом их внедрения в сельское хозяйство Казахстана является их относительно низкая энергетическая эффективность при производстве биогаза (до 60% выделившегося биогаза используется установкой для собственных нужд)[1-3]. Существующие системы подогрева субстрата недостаточно эффективны и имеют низкий коэффициент полезного действия. Поэтому необходима разработать технологическую линию подогрева субстрата, способную обеспечить эффективное протекание процессов анаэробного сбраживания при минимальных затратах энергии. Количество биогаза, которое может
быть выделено из различных сельскохозяйственных отходов, остатков и смесей при оптимальных условиях анаэробной переработки, зависит от количества субстрата, условий протекания процесса, бактериального состава в реакторе. Данные о потенциальных энергетических показателях для разных видов органических отходов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Удельный размер производства метана из биогаза при метановом сбраживании сельскохозяйственных отходов
Анаэробное сбраживание субстрата влажностью 90 – 95 % - энергоемкий процесс, на проведении которого расходуется значительное количество энергии биогаза. Анализ затрат энергии на поддержание процесса показывает, что основная ее часть расходуется на нагрев субстрата до температуры сбраживания. В биоэнергетических установках в целях производства электроэнергии, для привода электрогенератора используют или поршневые двигатели внутреннего сгорания, или Наименованиеорганических отходов
Выход СН4, м 3 /кг сухого вещества Содержание СН4 (%) Помёт индеек 0,640 62,0 Молочные отходы 0,625 82,0 Свиной навоз 0,580 77,5 Помёт кур 0,370 54,0 Навоз быков с меласой 0,300 48,0 Навоз быков 0,290 56,2 Силосные отходы 0,250 84,0 Навоз быков с соломой 0,220 52,0 Навоз коров 0,208 55,0
187
микротурбины. В всех случаях использования биогаза в качестве моторного топлива, требуется его очистка и подготовка. Для использования биогаза в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания необходимо предварительная очистка биогаза от воды, сероводорода и углекислоты. При отсутствии качественной очистки биогаза неизбежны отказы применяемых двигателей. В соответствии с данными, предоставленными Республиканским унитарным предприятием “Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства”, наиболее частыми причинами отказов генерирующих установок является некачественная очистка биогаза, являющаяся следствием нарушений технологической дисциплины – несвоевременная замена элементов регенераторов, фильтров, отсутствие реагентов. Содержащиеся в биогазе взвешенные частицы отлагаются в газопроводах, забивают арматуру и попадают в камеру сгорания ДВС. Их необходимо отделять в гравийных или тканевых (из стекловолокна) фильтрах. Биогаз на выходе из метантенка имеет температуру 30-35°С (мезофильный режим) или 50-55°С (термофильный процесс) и насыщен влагой. В результате охлаждения биогаза при транспортировке в газопроводах образуется конденсат, который может замерзнуть в холодный период года. Для осушки биогаза устанавливают на газосборном пункте влагоотделитель, из которого конденсат отводится в сливную емкость, а в нижних точках газопровода предусматриваются конденсатосборные устройства. Барботаж биогаза через слой охлажденной до 10°С воды обеспечивает отделение взвешенных частиц и осушку охлаждением, достаточную при использовании биогаза для получения тепла. Применение биогаза в качестве моторного топлива требует глубокой осушки от влаги силикагелем, хлоридом кальция или этиленгликолем. Наиболее вредным компонентом биогаза является сероводород. Он токсичен, обладает неприятным запахом, в присутствии влаги и особенно в комбинации с диоксидом углерода вызывает коррозию металлического оборудования, при сгорании образует оксид и диоксид серы, которые, взаимодействуя с парами воды, превращаются в сернистую и серную кислоты, имеющие высокую коррозионную активность. Очистку биогаза от сероводорода осуществляют различными методами. В биогазовых установках небольшой мощности (100-300 м 3 /сут) применяют адсорбционный способ удаления H 2 S за счет образования сульфидов при взаимодействии с оксидом железа, т.е. используется так называемый ферроокисный фильтр, действие которого описывается уравнением:
Fe
O 3 · 3H 2 O + 3H
2 S → Fe
2 S 3 + 6H 2 O (1)
Оптимальная влажность адсорбента в диапазоне 5-20% поддерживается присутствующими в биогазе парами воды. 1 кг оксида железа нейтрализует сорбированием около 250 г H 2 S. Регенерацию адсорбента производят продувкой воздухом. При этом образуется элементарная сера, отлагающаяся на поверхности оксида железа, в соответствии с уравнением процесса:
Fe
S 3 + − O2 + 3H 2 O → Fe
2 O 3 ·3H 2 O + 3S
(2) После каждой регенерации сорбционная способность оксида железа уменьшается в среднем на 15%, что обусловливает необходимость регулярной замены отработанного сорбента.Для непрерывной десульфиризации биогаза применяют двухколонную установку с переменным режимом работы колонн - в одной колонне протекает процесс поглощения сероводорода, а в другой колонне производится регенерация сорбента продувкой воздухом. В качестве поглотителя сероводорода может быть использован гидроксид железа (Fe(OH)
3 ) в виде загрузки с размером частиц 10-20 мм, размещенной в колонне диаметром 188
1,0 - 1,2 м, высотой 2 - 3 м, слоями с низким гидравлическим сопротивлением. Для очистки 100 м
3 биогаза, содержащего 0,35% H 2 S, требуется ориентировочно 2 кгFe(OH) 3 . Расход Fe(OH) 3
сероводорода H 2 S. Основным недостатком этого метода десульфиризации биогаза является опасность самовозгорания материала во время регенерации из-за значительного количества выделяющегося тепла и перегрева элементов регенератора.Простым и дешевым способом очистки биогаза от CO 2 с частичным удалением H 2 S является промывка водой в абсорбере под давлением порядка 0,1 МПа. Насыщенная диоксидом углерода вода регенерируется продувкой воздухом при атмосферном давлении. Энергетические затраты на предварительноекомпримирование неочищенного биогаза компенсируются высоким содержанием метана в очищенном газе. Водяная промывка под давлением используется на практике как вторая ступень очистки биогаза после десульфиризации. На крупных биогазовых установках (тысячи м 3 /ч) перспективно обогащение биогаза за счет удаления CO 2 методами мембранного разделения и адсорбцией на молекулярных ситах. Мембранный метод основан на различной проницаемости мембраны для компонентов биогаза. Этот способ широкого распространения не получил. Чаще применяется разделение метана и диоксида углерода на молекулярных ситах (цеолитах). Их микропористая структура обеспечивает быструю адсорбцию диоксида углерода, азота и кислорода. Метан адсорбируется медленно, что и вызывает разделение этих компонентов биогаза. Адсорбцию газов проводят при повышенном давлении, а при снижении давления в аппарате происходит регенерация молекулярных сит. Адсорбция и регенерация протекают поочередно. Для реализации этого метода необходима предварительная очистка биогаза от сероводорода. В зарубежной практике при эксплуатации биогазовых установок часто применяется комбинированная (многоступенчатая) очистка биогаза. В связи свышеперечисленным, системы очистки и подготовки биогаза к использованию в генераторах электрической энергии, являются сложными и дорогостоящими техническими установками, применение которых является обязательным. При отсутствии таких систем эффективность при производстве электроэнергии не может быть достигнута.
В настоящее время внедрение энергосберегающих биоэнергетических систем в сельской местности Казахстана осуществляется сравнительно медленными темпами. В результате сравнения зарубежной и отечественной практики, сформулирована рабочая версия о наличии недостатков государственного управления в этой сфере, из-за которых сдерживается внедрение энергоэффективных систем на основе возобновляемых источников энергии. Механизм сдерживающего действия выражается в отсутствии современных методик и средств, необходимых для определения размеров суммарного синтетического экономического эффекта от внедрения возобновляемых источников энергии. По этой причине, технико-экономическое обоснование проектов применения наиболее эффективных биоэнергетических систем учитывает только малую часть получаемого эффекта в виде стоимости экономии топлива и электроэнергии. Поэтому такие проекты из-за методических погрешностей технико-экономических расчетов ошибочно считаются малоэффективными и не реализуются.Разработка энергосберегающей биоэнергетической системы должна осуществляться с учетом правовых, технологических и экономических аспектов темы. Правовой аспект заключается в необходимости соблюдения обязательных технических и экологических требований, которые установлены законодательством, а также в системе льгот, предоставляемых государством.
189
Литература
1. Токмолдаев А.Б. Обоснование технологической схемы и параметров установки для переработки и обеззараживания навоза в условиях малых сельхозформирований: автореф. дисс. канд.тех. наук: 27.08.09. - Алматы, 2009. – 23 с. 2.
жидкого навоза. Методы испытаний. – М.: Стандартинформ, 2008. –28 с. 3.
Р.50 – 605–85–94 Установки биоэнергетические для получения биогаза из биоотходов животного и растительного происхождения. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. – 11 с. 4.
Барков В.И. Методика определения экономической эффективности биогазовых технологий с учетом экологических показателей. //Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 2013, №5. - С. 90-94.
Барков В.И., Токмолдаев А.Б., Амирсеит С.К. Технологии рационального использования отходов животноводства /Материалы XVI международной научно- практической конференции «Аграрная наука – сельскохозяйственному производству Монголии, Сибирского региона, Казахстана и Болгарии», Улаанбаатар, 2013. – С. 201-202.
УДК 621.9.042
Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный технический университет» КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН CЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
Развитие сельскохозяйственного машиностроения вызывает увеличение габаритных размеров основных деталей машин и повышение требований к их качеству. Качество обработки длинномерных деталей определяется взаимодействием физико- механических процессов, вызванных пластической деформацией, температурой в зоне резания, свойствами материала обрабатываемой детали, типом обрабатывающего станка, значением сил резания, геометрическими параметрами, приобретёнными на предыдущих операциях. К основным физико-механическим характеристикам относят: прочность, микротвёрдость, остаточные напряжения сжатия или растяжения и наклёп в поверхностном слое материала обрабатываемой детали. К геометрическим параметрам относят: точность размеров и взаимного расположения частей длинномерной детали, а также погрешность формы — конусность, овальность, гранность, волнистость и шероховатость. Ключевые слова: Прочность, точность размеров, точность взаимного расположения частей длинномерной детали, погрешность формы, волнистость и шероховатость.
Одновременно с увеличением габаритных размеров основных деталей машин и повышением требований к качеству увеличиваются затраты на потребляемую энергию при их изготовлении и эксплуатации. 190
Прочность поверхностей длинномерных деталей увеличивают путём получения измельчённой структуры металла с остаточными напряжениями сжатия, что увеличивает износостойкость. Точность размеров зависит от материала детали, значения сил резания, размерного износа инструмента. Характеристикой размерной стойкости инструмента считают площадь поверхности, которую может обработать инструмент до принятого критерия его затупления, при котором величина шероховатости обработанной поверхности не превышает заданный класс. На точность взаимного расположения отдельных поверхностей обрабатываемой детали влияет способ базирования и установки вспомогательной оснастки. Величина погрешности формы обрабатываемой детали существенно зависит от геометрической точности узлов станка: – на погрешность формы в продольном сечении детали (конусность) влияет точность направляющих станка, а также суппорта; – погрешность формы в поперечном сечении детали (овальность, гранность) вызывают форма и величина зазора в сопряжении шпинделя и подшипников передней бабки или подшипникового узла в пиноли задней бабки. Следует отметить, что из-за присутствия внутренних напряжений, приобретённых обрабатываемой деталью на предварительных операциях, на точность формы и взаимного расположения поверхностей влияют жёсткость длинномерной детали и величина припуска на обработку.
Установлено, что в сталях наблюдают структурные превращения под воздействием переменных магнитных полей, например в поверхностном слое углеродистых сталей, независимо от того, какими были исходные напряжения – сжимающими или растягивающими, после многократного перемагничивания наблюдают остаточные напряжения сжатия, не исчезающие после выключения намагничивающего поля и размагничивания детали. Эффект многократного перемагничивания используют для изготовления деталей из высокоуглеродистых сталей, сплавов и других материалов с улучшенными параметрами прочности поверхности. Выполнение многократного перемагничивания может быть осуществлено путём установки одного конца длинномерной детали в зажимное устройство привода вращательного движения и поступательного перемещения детали в упрочняющий зазор, образованный одним или двумя импульсными магнитными полями, которые созданы автономными электромагнитными системами. Воздействуют на деталь последовательно изменяющимися градиентными магнитными полями, изменяя угол воздействия на поверхность детали в процессе её поступательного перемещения. При этом частота вращения детали должна совпадать с частотой импульсов. Установлено, что достаточная величина импульса магнитного поля В составляет 1,2…1,6 Тл (экспериментально установленный диапазон величины намагничивающего магнитного поля в упрочняющем зазоре) [1]. При этом магнитное поле создано индукторами с замкнутым магнитопроводом, включенными в промышленную сеть переменного тока. Намагничивающее поле должно иметь достаточную величину для получения деталью импульсов превышающих 0,7 Тл. Это разность между величиной импульса В и величиной остаточной намагниченности детали, меньшей чем В/2, так как часть намагничивающего поля рассеивается на смежные участки длинномерной детали, подвергаемой многократному перемагничиванию [1]. Точность размеров деталей и минимальную шероховатость можно получить, применяя магнитно-абразивное полирование (МАП) после операций шлифования. При
191
этом магнитная индукция магнитного поля (МИМП) в рабочем зазоре может быть от 0,15 Тл до 2,04 Тл. Многократные исследования показывают что, максимальный удельный съём металла (7,5…6,9) 10 -3 г/см
2 получают при МИМП (0,7…1,1) Тл в рабочем зазоре, дальнейшее увеличение МИМП вызывает уменьшение съёма металла [2]. Известно, что внешнее намагничивающее поле Н е , излучаемое полюсным наконечником электромагнитной системы растёт при увеличении электрического тока в обмотках электромагнитов, а магнитное поле Н i , излучаемое полируемой деталью может расти или уменьшаться в зависимости от её магнитной восприимчивости Х м и размагничивающего фактора N. Величину магнитного поля, излучаемого полируемой деталью, рассчитывают по формуле: 1 м 4 π e N i H H Х . Расчёт величин магнитного поля Н i , излучаемого полируемой цилиндрической деталью из стали ШХ15 при её намагничивании в поперечном направлении показывает, что на начальной стадии намагничивания, когда внешнее поле, излучаемое полюсными наконечниками равно Н
= (0,1…0,5) 10 3
Н i = (0,06…0,42) 10 3
е , зёрна ферро-абразивного порошка (ФАП), полирующего деталь притянуты к полюсным наконечникам. При увеличении поля Н е до значений, равных (1,5…4,5) 10 3
излучаемое полируемой деталью равно Н i = (2,3…5,4) 10 3
е . При
этом порошок притянут к обрабатываемой детали и полирование невозможно. Дальнейшее увеличение внешнего поля Н е вызывает магнитное насыщение материала и уменьшение магнитной восприимчивости Х
полируемой детали и поле Н i , излучаемое деталью
е . Затем при увеличении поля Н е
от 5,5 10 3 до 9,5 10 3 Гс, магнитное поле излучаемое деталью Н i уменьшается до величины начальной намагниченности детали составляющей 0,5 10
3 Гс и зёрна порошка притянуты к полюсному наконечнику. Поэтому при разработке технологического процесса МАП целесообразно учитывать, что зёрна ФАП притянуты к полюсным наконечникам и осуществляют съем металла на начальной стадии намагничивания, при этом наибольший съём металла получают при МИМП в рабочем зазоре, равном (0,7…1,1) Тл. Необходимо также учитывать, что, рассчитывая на увеличение съема металла, внешнее поле увеличивать более чем (1…1,2) Тл опасно, так как под воздействием растущей МИМП в рабочем зазоре обрабатываемая ферро-магнитная деталь может быть неравномерно притянута к одному из полюсных наконечников и это вызывает искажение её формы или повреждение станка [3]. Для технологических расчётов ожидаемой точности формы длинномерных деталей для сельскохозяйственного машиностроения выполняют комплексную проверку контрольной детали. Размеры контрольной детали увеличивают так, чтобы реально оценить достигаемую точность формы обрабатываемых деталей. Погрешности форы измеряют на нескольких участках контрольной детали, при этом определяют не только величину погрешности, но и её знак. Для токарных станков указывают знак конусообразности при точении от задней бабки к передней, что позволяет определить точность с учётом влияния других составляющих погрешности формы. Учитывают, что размерный износ инструмента влияет на погрешность формы длинномерных деталей, как в продольном, так и в поперечном сечении. При токарной обработке, где главным движением резания является вращение детали, размерный износ влияет на отклонения от заданной формы в поперечном сечении.
192
Шероховатость при чистовой обработке обусловлена материалом детали, геометрическими параметрами инструмента и его износом, режимами резания и составом смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). На обработанной поверхности могут оставаться следы вибрации или волнистость, которые устраняют изменением режимов резания и геометрических параметров режущей части лезвийного инструмента. Кроме этого применяют отделочные операции — ленточное шлифование или обкатывание. При чистовой обработке длинномерные валы устанавливают в четырёхкулачковом патроне в центрах передней и задней бабок. Для обработки деталей с высокими требованиями к точности формы и взаимного расположения отдельных поверхностей в качестве опор используют люнеты, а окончательное точение выполняют после термической обработки и при этом выполняют вторичную центровку. Применяют также следующие виды чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей: чистовое точение широкими резцами из быстрорежущей стали или твёрдого сплава, шлифование с помощью приспособлений установленных на суппорте станка, обкатывание роликами, полирование абразивной пастой и ленточное шлифование. Выполнение многократного перемагничивания не требует значительных затрат электроэнергии. Диапазон величин магнитного поля в упрочняющем зазоре не превышает 1,2…1,6 Тл. В период импульса магнитное поле и вихревые токи взаимодействуют, результатом их взаимодействия являются силы, создающие давление, достаточное для дробления структуры металла и формирования упрочнённой поверхности. Исследования также показали, что увеличение количества циклов перемагничивания и уменьшение скорости перемагничивания вызывает распространение слоя с измельчённой структурой на большую глубину и значения параметров прочности на упрочняемой поверхности увеличиваются. Определено, что в процессе осуществлении МАП максимальный удельный съём металла составляет (6,9…7,5) 10 -3 г/см
2
при МИМП, равной (0,7…1,1) Тл в рабочем зазоре. При этом шероховатость R a колеблется от 0,1мкм до 0,17 мкм, а волнистость Н b достигает (0,08…0,25) мкм. Проведен анализ способов уменьшения погрешностей формы и снижения величины шероховатости при механической обработке длинномерных деталей, а также методов контроля точности обработки и взаимного расположения частей длинномерной детали. жүктеу/скачать 7,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|