CC BY
34
2. Электро-химоко-термическая обработка металлов и сплавов / И.Н. Кидин, В.И. Андрюшекин, В.А. Волков [и др.]. - М.: Металлургия, 1978. - 320 с.
3. Кожакару, М.О. Азотирование в электростатическом поле: дис. ... канд. техн. наук / М.О. Кожакару. - М., 1976.
4. Лахтин, Ю.М. Азотирование стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. - М.: Машиностроение, 1976. - 256 с.
5. Получение покрытий на металлах в тлеющем разряде / Д.А. Прокошкин, Б.Н. Арзамасов, Е.В. Рябченко [и др.] // Защитные покрытия на металлах. - Киев: Наукова думка, 1970. - Вып. 3. - С. 7.
6. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Макарова, Ю.В. Гоановский. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
7. Harrington, E.C. Jndustr /Е.С. Harrington//Quality Control, 1965. - Р. 21; 10.
8. Vrzhashch, E.E. The mathematical design of experiments at optimization of technological process. Problemy inzynierii rolniczej w aspekcie rolnictwa zrownowazowego / E.E. Vrzhashch, L.V. Pivnik // MateriaTy Ju-bileszowej mi^dzynarodowej Konferencji Naukowej. - Lublin, 2005. - Р. 141-145.
9. Новиков, Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении / Ф.С. Новиков.
- М., 1969-1971.
----------+--------------
УДК 676.1.054.1 Н.А. Петрушева, Н.Г. Чистова
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА В ПРОИЗВОДСТВЕ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ МОКРЫМ СПОСОБОМ
В статье с помощью методов математического моделирования и планирования эксперимента определены затраты электроэнергии, используемой при обработке вторичной древесноволокнистой массы и влияние на них основных технологических параметров данного процесса.
В производстве древесноволокнистых плит предварительная подготовка полуфабриката потребляет до 65 % всех затрат электроэнергии производства.
Задачей исследования процесса обработки вторичного волокна является определение влияния технологических параметров процесса обработки вторичного волокна в гидроразбивателе на удельный расход электроэнергии.
Для изучения влияния технологических параметров процесса на энергозатраты была построена математическая модель процесса и в качестве входных величин выбраны:
Х1 - продолжительность обработки вторичного волокна (т), с;
Х2 - температура вторичной массы (Т), 0С;
Хз - концентрация вторичной массы (с), %.
Выходная величина:
У - удельный расход электроэнергии (Еуд), кВтч/т.
Интервалы, уровни их варьирования представлены в табл.
Основные факторы и уровни их варьирования
Наименование фактора Обозначение Интервал варьирования фактора Уровень варьирования фактора
Нату- ральное Норма- лизо- ванное Нижний (-1) Основной (0) Верхний (+1)
Продолжительность разработки вторичного волокна, с т X1 9*102 6*102 15*102 24*102
Температура вторичной массы, 0С Т Х2 20 10 30 50
Концентрация вторичной массы, % с Хз 1 1 2 3
вид:
Формулы, связывающие нормализованные и натуральные обозначения, будут в данном случае иметь для продолжительности обработки (т, с)
для температуры (Т, 0С)
для концентрации (с, %)
т-1500
Х =-----------; (1)
900
Т - 30
Х2 = ——; (2)
20
с - 2
Хз = —. (3)
В результате статистической обработки полученных экспериментальных данных было получено следующее уравнение:
У = 23,1 + 6,5 Х1 + 3,8 Х2 + 5,12 Хз +0,1 ЗХ12 +0,15 Х22 + 0,22 Хз2-
- 1,8 Х1Х2 +0,13 Х1 Хз +0,9 Х2 Хз. (4)
Адекватность модели определялась по F-критерию Фишера: Fрасч<Fтабл. Таким образом, условие Ррасч=1,42<Ртабл=1,67 выполняется, модель адекватно описывает процесс обработки вторичного волокна в гидроразбивателе.
Приведем некоторые общие выводы, касающиеся анализа и интерпретации полученной модели. Для этого лучше всего пользоваться уравнением в нормализованных обозначениях факторов. Поскольку уравнение (4) отличается от линейного, то простое сравнение по абсолютной величине линейных коэффициентов регрессии не определяет относительную степень влияния факторов, поскольку присутствуют еще квадратичные члены и парные взаимодействия. Для квадратичной модели степень влияния фактора на изменение отклика не является постоянной. Она различна в разных точках диапазона варьирования, а при наличии парных взаимодействий определяется еще и уровнями факторов, входящих в эти взаимодействия.
Итак, очевидно, что влияние всех факторов на отклик является квадратичным, так как присутствуют соответствующие квадратичные члены. При этом можно утверждать, что при росте величины фактора Х1 (т-продолжительность обработки) отклик возрастает всегда, при любых значениях остальных факторов, так как Ьр6,5>0 и Ь-р2,7> ^ | =1,93. Аналогично с ростом значений факторов Х2, Хз отклик У (Еуд- удельный рас-
1, 1*1
ход электроэнергии) всегда возрастает. Наибольшее влияние фактор Х1 имеет место при Х2=+1, Хз=+1, при этом д 1тах =8,69; наибольшее влияние факторов Х2 и Х з имеет место при Х-р+1, Хз=+1 для Х2 и Х-р+1, Х2=+1 для Хз. Наибольшее влияние по показателю д 1тах имеет фактор Х1.
Рассмотрим семейство графических зависимостей У от Х1 при различных значениях фактора Х2 и фиксированных уровнях фактора Хз . При этом проявится эффект парного взаимодействия Х1Х2 . Значения фактора Хз зафиксируем на уровне Хз = 0. Поставив значения Хг=-1 и Хз=0 в (4), получим
У = 19,45 + 8,3Х + 0,13Хг (5)
Построим эту параболу по точкам, но сначала выясним ее «поведение» в интересующем нас диапазоне -1<Х1<+1. Для этого уравнения Ь«=0,13>0, поэтому данная парабола вогнутая, имеет экстремум вне диапазона варьирования фактора, а это означает что функция (5) монотонно возрастающая. Для приближенного построения параболы воспользуемся пятью точками:
Х1 = -1, У = 11,28; Х1 = -0,5, У = 15,03; Х1 =0, У = 19,45;
Х = 0,5, У = 23,65; Х^1, У = 27,88 (кривая 1 на рис. 1).
Сохранив значения Хз=0, положим теперь Х2=+1. Получим зависимость
У = 27,05 + 4,7Х1 + 0,13Хг (6)
По сравнению с (5) здесь изменился не только свободный член, но и коэффициент Ь1 , который вместо 8,3 принял значение, равное 4,7. Последнее произошло из-за парного взаимодействия Х1Х2. В результате парабола, описываемая последним уравнением, будет более пологой, то есть с уменьшением фактора Х2 соответствующего температуре суспензии при обработке, влияние продолжительности обработки на удельный расход электроэнергии уменьшается. В то же время значения удельного расхода электроэнергии возрастают - это следует из увеличения свободного члена (кривая 2 на рис. 1).
♦ кривая 1 х
■ кривая 2 1
Рис. 1. Графики зависимостей У = f (Хі)
Аналогично можно проанализировать влияние остальных факторов и их парных взаимодействий на отклик.
От графиков, построенных для нормализованных факторов, очень просто перейти к натуральным обозначениям факторов. Для этого достаточно перейти к другому масштабу по оси абсцисс.
Модель с натуральными обозначениями факторов будет иметь следующий вид:
Еуд = 18,84 + 0,0007т + 0,197"+0,3с + 0,0000009т2 + 0,0004 т2 + 0,22с2 -
- 0,000087т + 0,0001 тс +0,0045Тс. (7)
Графические зависимости на рис. 2-4 представляют собой поверхности отклика, построенные в трехмерной системе координат для натуральных обозначений факторов. Для построения таких графиков один из факторов фиксируют и изменяют значения двух других факторов, поэтому представленные поверхности отклика позволяют увидеть не только влияние отдельного фактора на отклик, но и взаимодействие двух факторов. На рис. 2-4 приведены графики при фиксировании одного из факторов на среднем уровне, так как графики при фиксировании факторов на максимальном и минимальном уровнях будут повторять свой рисунок.
Анализ графических зависимостей показывает следующее. С увеличением значений фактора концентрации вторичной массы уровень расположения параболы, описывающей зависимость удельного расхода электроэнергии от продолжительности обработки, становится выше, то есть значения удельного расхода электроэнергии увеличиваются, также парабола становится более крутой, что говорит об усилении влияния фактора продолжительности обработки вторичного волокна на отклик с ростом значений фактора концентрации.
Влияние фактора концентрации наглядно можно увидеть также на рис. 3-4. Очевидно, что с ростом значений концентрации увеличивается удельный расход электроэнергии. При этом на начальной стадии обработки вторичного волокна (при продолжительности обработки от 600 до 1200 с) влияние фактора концентрации на отклик незначительно, затем влияние этого фактора усиливается по мере возрастания фактора продолжительности обработки. Таким образом, проявляется парное взаимодействие факторов тс и их влияние на величину удельного расхода электроэнергии.
Поверхность отклика Еуд = f (Т, с), характеризующая парное взаимодействие факторов температуры и концентрации, представлена на рис. 4. Как можно увидеть из данного рисунка, под влиянием фактора концентрации изменилась зависимость удельного расхода электроэнергии от температуры обработки. Экстремум параболы сместился и стал более выраженным. С другой стороны, влияние фактора концентрации на отклик усиливается с увеличением значений фактора температуры. Однако под влиянием фактора температуры зависимость удельного расхода электроэнергии от концентрации приобрела линейный характер.
Еуд, кВт ч/кг
□
□
□
IZZI
□
27,915
29,012
30,110
31,207
32,305
33,402
34,499
35,597
36,694
37,792
above
Рис. 2. Поверхность отклика Еуд= f (т, Т)
□
□
□
□
□
27,915
29,012
30,110
31,207
32,305
33,402
34,499
35,597
36,694
37,792
above
Рис. 3. Поверхность отклика Еуд = f (т, с)
-ул
I I 29,294
□ 30,140
I I 30,987
I I 31,834
□ 32,680
I I 33,527
I I 34,373
I I 35,220
□ 36,066
I I 36,913
I I above
Рис. 4. Поверхность отклика Еуд = f (Т, с)
Таким образом, при помощи полученных математических моделей и построенных по ним графических зависимостей, варьируя технологическими параметрами процесса обработки вторичного волокна, можно снизить затраты удельного расхода электроэнергии на 27%.
Литература
1. Пижурин, А.А Исследование процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесн. пром-сть. - 1984. - 232 с.
2. Чистова, Н.Г. Безотходные технологии в производстве древесноволокнистых плит / Н.Г. Чистова, Н.А. Петрушева, В.Н. Трофимук// Фундаментальные исследования. - М., 2004. - № 3. - С. 112-113.
----------♦'------------
УДК 631.37.045 С.К. Шерьязов, А.А. Аверин
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПАРАМЕТРА ГЕЛИО-И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Для эффективного энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей рассматривается качественно новая система комплексного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии. Возобновляемая энергия является дополнительным источником. Тогда разрабатываемая система энергоснабжения должна обеспечить потребную энергию с минимальными затратами. Для этого исследуются параметры энергоустановки, преобразующие солнечную и ветровую энергии. Решение целевой функции позволило впервые получить аналитическое выражение для определения оптимальной площади энергоустановки.
Для повышения эффективности энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей необходимо совершенствовать существующую систему энергоснабжения. Для этого предлагается использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ), которые замещают органическое топливо. При этом наиболее перспективными являются источники с использованием солнечной и ветровой энергии.
ВИЭ рассматривается как дополнительный источник в существующей традиционной системе энергоснабжения. В результате совмещения появляется качественно новая система комплексного энергоснабжения.
Для эффективного энергообеспечения в новой системе энергоснабжения необходимо минимизировать всевозможные затраты. Тогда целевая функция, стоимость энергии, вырабатываемой системой комплексного энергоснабжения, должна быть минимальной [1]:
с = С / + ст (1 I) ^ тт , где св и ст - соответственно стоимость энергии от возобновляемого и традиционного источников; f - коэффициент замещения, показывающий долю потребной энергии, замещаемой возобновляемым источником.
Использование возобновляемой энергии в системе комплексного энергоснабжения возможно при условии:
| Св < Ст
| Т < Т '
^ ок сл
где Ток ,Тсл - соответственно сроки окупаемости и службы подсистемы, использующей ВИЭ.
В настоящее время цены на энергоносители подвержены постоянному росту. В России они различны по регионам и прежде всего зависят от наличия энергоносителя в данной местности, определяющего затраты на транспортировку топлива. Поэтому условия использования возобновляемых источников энергии зависит как от местных климатических условий, так и социально-экономических условий развития региона.
Стоимость преобразованной возобновляемой энергии (св) и срок окупаемости подсистемы ВИЭ за-
