CC BY
120
з 01.11.2011.
4. Про засади функцiонування ринку природного газу. Закон Укра!ни вiд 08.07.2010 № 2467-У1 (редакцiя станом на 01.01.2013) // [Електронний ресурс] / - Режим доступу: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/2467-17
5. 1нформащя про тарифи на електроенерпю для юридичних оаб ПАТ «ДТЕК ДНШРООБЛЕНЕРГО» на 2013 рiк // [Електронний ресурс] /- Режим доступу: http://doe.com.ua/node/125
6. Плачкова С. Г. Енергетика: iсторiя, сучасшсть i майбутне. - К. : Лiбра, 2010. - 321 с.
7. Про дальший розвиток житлово-будiвельно! (житлово!) кооперацн. Постанова КМУ № 593 вiд 20 жовтня 1992 р. // [Електронний ресурс] / - Режим доступу: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/593-92-п
8. Про затвердження роздрiбних щн на природний газ, що використовуеться населениям на побутовi потреби. Постанова Нацюнально! комюн регулювання електроенергетики Укра!ни (НКРЕ) вiд 13.07.2010 № 812 // [Електронний ресурс] / - Режим доступу: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/z0507-10
9. Про встановлення тарифiв на електроенерпю,що вщпускаеться населенню. Постанова Нацюнально! комюн регулювання електроенергетики Укра!ни (НКРЕ) вщ 23.04.2012 № 497. // [Електронний ресурс] / - Режим доступу: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/z0598-12
10. Про затвердження примiрного статуту житлово-будiвельного кооперативу. Постанова Ради Мiнiстрiв УРСР № 186 вщ 30 кв^ня 1985 р. // [Електронний ресурс] / - Режим доступу: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/186-85-п
11. Рей Д. Тепловые насосы. - М. : Энергоиздат, 1982. - 224 с.
12. Отопление, вентиляция и кондиционирование. СНиП 2.04.05-91*У. - Замють СНиП II-12-77; чинш з 01.10.1996.
УДК 666.1.031.2:004.942
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ВАР1ННЯ СКЛА У ВАНН1Й
СКЛОВАРН1Й ПЕЧ1
Л. I. Чумак, к. т. н., доц., О. В. Волох, маг1стр
Ключовi слова: математичне моделювання, вар1ння скла, ванна тч, температурний режим, регулювання
Постановка проблеми. Основним технолопчним процесом при виробнищга скла е його варшня. Варшня листового скла виконуеться у безперервно ддачих печах, воно грунтуеться на безперервносп процесу, який дозволяе встановити стабшьний температурний режим скломаси, що повинен постшно забезпечуватись без вщхилень, тому що ванна пiч надзвичайно чутлива до рiзноманiтних вiдхилень вщ установленого режиму. У виробництвi листового скла основним фактором, який визначае швидкють варшня, е температура. Процес варшня скла супроводжуеться значними енергозатратами, як можна знизити за рахунок використання автоматизованого управлшня. Для забезпечення належно! якосп скла i зменшення кiлькостi браку, варiния потрiбно вести строго за встановленим температурним режимом.Основним завданням системи автоматичного управлiння тепловим режимом печi е витримка задано! криво! змши температури скломаси.
Аналiз публiкацiй. Проблеми регулювання процесу скловаршня дослiджувалися вченими I. П. Баумштейном, А. В. Ралко, О. О. Крупою [2; 7]; у працях [1; 8] проведено дослщження залежност однорiдностi скла вiд складу шихти та тривалостi !! варiння, розглянуто алгоритми стабiлiзацi! температурного режиму скловарно! ванно! печi. Математичне моделювання процесу варшня скла, розглянуте у наведених працях, дозволить полшшити якють продукцп, знизити економiчнi витрати та розробити математичну модель процесу варiния скла з використанням сучасних iнформацiйних технологш для регулювання температурного режиму ванно! печ^ враховуючи тривалiсть варiння.
Мета статт — розробити та реалiзувати математичну модель процесу варiння скла, враховуючи необхщнють забезпечення певного температурного режиму, для того щоб зменшити витрати палива, полiпшити якiсть продукцп, шдвищити однорiднiсть скла.
Необхщно провести дослщження математично1 моделi процесу варшня скла в ванних печах iз використанням сучасних iнформацiйних технологiй, а саме программ МА^АВ 6.5 i пакета моделювання динамiчних систем $тиПпк.
Виклад матерiалу. У виробництвi скла велику роль вщграють тепловi процеси. Пiч для варiння скла - це основний агрегат у технолопчному процес при виробництвi листового скла. Фiзико-хiмiчнi властивостi скла залежать вщ процесу скловарiння. Його можна подшити на п'ять основних стадiй: стадiя силiкатоутворення, стадiя склоутворення, стадiя дегазаци, стадiя гомогешзацп, стадiя охолодження. Основний фактор, який визначае швидкiсть процешв силiкатоутворення, склоутворення, освiтлення та стутнь хiмiчнol однорiдностi скломаси у виробнищга листового скла, - це рiвень температур варiння. Важливою умовою отримання скломаси з високим ступенем термiчноl однорщносп е пiдтримання сталостi теплотехшчних параметрiв режиму роботи. Усi велик печi, призначенi для виробництва листового скла, — це регенеративш ванш печi безперервно! ди з поперечним напрямком полум'я, яю мають шють або вiсiм пар пальникiв, що дозволяе порiвняно легко встановлювати i пiдтримувати необхiдний тепловий режими варшня скла. Така шч мае продуктившсть зварено! скломаси до 350 т за добу. Удосконалення, що допускае тдвищення температури в печi, збшьшуе И продуктивнiсть i, отже, зменшуе питому витрату газу. Збiльшення продуктивносп скловарних печей можна досягти шляхом oптимiзацil температурного режиму i, як наслщок, зменшити витрати газу. Основним чинником, який прискорюе процес скловаршня, е висока температура варiння скломаси. Щцвищення температури варiння з 1 300°С до 1 400°С утричi зменшить час, необхiдний для повного проварювання скла. Пiдвищення температурного максимуму в скловарних печах iз 1 500°С до 1 600°С значно тдвищуе швидкiсть проварювання, а отже, i ККД печi. В бшьшосп iснуючих ванних печей температурний максимум встановлюеться у визначеному мiсцi, вщ якого температура знижуеться як до виробничо1, так i до завантажувально1 частини.
Складання рiвнянь, якi зв'язують статичнi i динамiчнi процеси тд час варiння скла, потребуе виконання основного фiзичного закону. Цим законом е рiвняння теплового балансу. Необхщно скласти рiвняння теплового балансу для матерiалу, теплоносiя i усiх конструктивних елеменпв печi. Рiвняння теплового балансу для зони варшня мае вигляд:
<2п + (?е + <2шб + <3зкп + Сн.пов = Скор + <2сво + <2д + (}«с + <2во> (1)
де Qп - теплота, що надходить у тч у результатi спалювання палива;
Qе - теплота, що вноситься в тч при додатковому електропiдiгрiвi;
Qшб - ентальпiя шихти i бою;
Q4 - початкова ентальпiя повiтря, що надходить в регенератори;
QKoP - корисна теплота, необхiдна для варшня скла;
Q'рс - теплота реакцiй силiкатo- i склоутворення;
Q"нcм - теплота, неoбхiдна для на^ву скломаси до максимально1 температури;
Qгш''' - теплота нагрiву газiв, що видшяються з шихти;
Qcвo = Qмакc + Qзкп + Qвмт' - ентальпiя сумарного (прямого i нагрiтoгo зворотного потоку скломаси, що надходить iз басейну варiння в охолоджувальний);
Qзкп - ентальпiя зворотного конвекцшного потоку скломаси;
Qвмт' - теплота, витрачена на на^в зворотного конвекцшного потоку;
Qд - ентальпiя димових газiв i прoдуктiв дегазаци шихти, що надходить у регенератори;
Qнc - втрати теплоти в довкшля через cтiнку варильно1 частини;
Qвo - теплота, передаеться випрoмiнюванням iз варильно1 частини в охолоджувальну.
Тепловий баланс зони варiння зпдно з [5] складаеться iз статей приходу теплоти та статей витрат теплоти.
Статтi приходу теплоти.
1. Теплота, що надходить у шч у результат спалювання енергоношя Ql:
(?п = <3ЗПВ, (2)
де Q3п - теплота згорання енергoнociя;
В - витрата енергoнociя.
2. Теплота, що вноситься в шч електропда^вом Qе. У газоелектричних печах ця величина зазвичай задана заздалепдь. Як правило, вона складае 10 — 30 % уиа пoтужнocтi, що пiдвoдитьcя, хоча може бути i значно вище.
3. Теплота, що вноситься шихтою i боем, - Qщб. Ця стаття мае дуже малi значення, тому при тдрахунку нею можна знехтувати.
4. Теплота, що вноситься пiдiгрiтим повiтрям - Qh^:
Он.пов = La * I .пов^ (3)
де La - дшсна кiлькiсть повiтря, що подаеться для горшня 1 кг рiдкого палива або 1 м газоподiбною палива;
7пов-ентальшя повiтря. Залежить вiд температури пщ^вання повiтря в регенераторах, визначаеться за i - t дiаграмами або розраховуеться через теплоемнiсть пов^ря. У цiй статтi може бути також врахована додаткова теплота, що вноситься водяними парами, яю мютяться в повирь
5. Теплота, що вноситься зворотним конвекцшним потоком скломаси - Q^:
<?зкп = G(n- 1) CCTtCT, (4)
де G - продуктившсть печi; n — коефщент потоку;
Сст - теплоемнiсть скломаси при температурi зворотного конвекцiйного потоку;
tcx - температура зворотного конвекцiйного потоку.
Cmammi витрати теплоти.
1. Корисна теплота, необхщна для варшня скла 0кор. Це дуже важлива стаття витрат, оскiльки и величина входить у вираз для розрахунку до ККД печь Витрата теплоти залежить вщ складу скла, виду сировинних матерiалiв, спiввiдношення бою шихти i температури варiння.
Значення 0кор складаеться з трьох величин:
Qmp ~ Qpc "I" Qhcm "I" С?гш (5)
При розрахунку ще! статтi зазвичай спочатку визначають питому витрату теплоти на скловаршня q, оскiльки ця величина сама по собi е найважливiшою технiко-економiчною характеристикою процесу скловаршня:
Ч = Чс+ <?пл + <?м + <7газ, (6)
де qc - тепловий ефект реакцш силiкато- i склоутворення; qHn - теплота плавлення скла; q„ -теплота на^ву скломаси до максимально! температури; q^ - теплота на^ву газiв, що видiляються з шихти.
Потужност теплових потокiв у тепловому баланс можна визначати вiдповiдно до наступних виразiв:
Qpc = (яс + ОС; (7)
<?нсм" = Чм G; (8)
Qrrn = Чгаз G, (9)
де G - продуктившсть печь
2. Теплота, що вщноситься потоком скломаси, яка надходить iз варильного басейну в охолоджувальний - Q^. Цей потш простiше визначити за такою формулою:
Усво = " п
(10)
де Сст - теплоемшсть скломаси при максимальнiй температурi варiння; tox - температура скломаси, що надходить iз басейну варшня в охолоджувальний.
3. Втрати теплоти з продуктами горшня, що надходять iз продуктами дегазаци шихти - Qam
Фдш ^дим'дим , (11)
де Удим - вихвд продукпв горiння i дегазаци шихти;
^им - ентальпiя продуктiв горiння при температурi газiв, що виходять.
Приблизно ентальтя продуктiв горiння визначаеться за дiаграмою залежно вiд температури газiв, що йдуть, i коефщента витрати пов^ря а. Точнiше визначення можливе за складом газiв, що виходять, через теплоемшсть.
4. Втрати теплоти в довкшля через огородження частини варшня - Qno. Вони складаються iз трьох основних складових:
Que С?КЛ "I" С?ОТВ "I" С?го > (12)
де Qkh' - втрат теплоти через кладку;
Qoto" - втрати теплоти випромшюванням через вщкрип отвори;
QГo'" - втрати теплоти вщ витоку газiв через вщкрип отвори.
Втрати теплоти через кладку стш, склепiння i дна визначають за зонами, на яю умовно розбивають огородження варильного басейну.
Для шдвюних стiн i склешння тепловий потiк через кожну дану зону визначаеться за формулою:
п _ 0.001 (£газ-£пов)Р
У " JL+Ï«+J_ ' «I Vi2
(13)
де (¿га з - ¿пов) - рiзниця температур газiв робочого простору печi й навколишнього повiтря; а! - коефщент тепловiддaчi вiд пiчних газiв до стiнок, усерединi робочого простору; а2 - коефiцiент тепловiддaчi вщ зовнiшньо! поверхнi стiнок у довкшля;
2, т - сума теплових опорiв окремих рядiв кладки; я
Е - поверхня розрахунково! зони.
Для огороджень, яю дотикаються розплавлено! скломаси, потiк може бути визначений за формулою:
п пп 1 /> —*■ и
(14)
V — 1 >
Ï7+
Я аг
де t1 - середня температура д1лянки на меж1 скла та вогнетривко! кладки. Втрати теплоти випромшюванням через вщкрип отвори визначають за формулою:
с-^Ш4-©4]^.
(15)
де Тг - температура факела;
Тнс - температура навколишнього середовища;
F - площа перер1зу отвору;
Ф - коефщент д1афрагмування.
Втрати теплоти вщ витоку газ1в через вщкрип отвори визначають за формулою:
Q = 0.62
2gH(p пов Ргаз) Ргаз
FL
(16)
де H - висота вщ р1вня нульового тиску в печ1 до середини отвору, м;
Рпов i Ргаз - щшьшсть вщповщно навколишнього повиря i газ1в, що випускаються;
F - площа перерiзу отвору;
'газ - ентальпiя газiв, що випускаються, при цш температурi.
5. Теплота, що передасться випромiнюванням iз частини варiння в охолоджувальну - 0во. Ця стаття витрат може бути зовим вiдсутньою, якщо варильна i охолоджувальна частини роздшеш по газовому простору [5].
Наведет рiвняння (1 - 16) описують взаемозв'язок теплових процесiв i ванно! печi для варiння скла. На основi вищенаведених виразiв розроблено модель процесу варшня скла у ваннш печь Реалiзацiя обчислень виконана в програмному середовищi MATLAB 6.5 Simulink, що дозволяе в наочнiй формi розв'язувати рiвняння, якi описують динамiку процесу.
Програма MATLAB 6.5 i пакет моделювання динамiчних систем Simulink дають можливють розробити i реалiзувати блок-схему моделi процесу варiння скла у ванних печах, а також визначити вплив параметрiв печi на температурний режим i основш характеристики скла.
Вщеокадр блок-схеми модел1 процесу варшня скла у ваннш ncni наведено на рисунку 1.
Рис. 1. Блок-схема модел1 вар1ння скла у ваншй neni, реал1зована в середовищ1 Simulink
Вхiдними величинами блок-схеми моделi процесу варiння скла е: т - час варiння скла в печ^ 30 годин; t - температура навколишнього середовища, 20°С;
Для реатзаци цьго температурного режиму розроблено блок-схему моделi задатчика температурного режиму ванно! иеч1 для варшня листового скла (рис. 2).
Рис. 2. Блок-схема модели задатчика температурного режиму для процесу варгння скла у ванмй печ1, реал1зована в середовищ1 Simulink
Температура в печi змшюеться таким чином:
tl = \ 480°С - температура скломаси в завантажувальнш зонь За наступш 6 годин температура шдшмаеться на 70°С i становить t2 = 1 550°С. Наступнi 3 години температура залишаеться незмiнною ^ = 1 550°С. Далi протягом 3 годин температура зростае до t4 =1565°С, пiсля чого за 12 годин знижуеться на 85°С i становить ^ =1480°С. Останнiй етап — охолодження скломаси — тривае 6 годин. За цей час температура скломаси ^ знижуеться до 1310°С(рис. 3). Для листового скла саме такий температурний режим повинен тдтримуватись у печь
1565 'С 1550 'С 1550 ".С 1480"С
\
1 1310"С
Рис. 3. Графы змти температури у час для варгння скла у ваннШ печг
Для управлшня температурним режимом скломаси в печi застосовано релейний регулятор. Графш сигналу управлшня зображено на рисунку 4 (б).
а б
Рис. 4. Графы зм1ни температури у часг для вар1ння скла у ваншй печ1: а - графы залежност1 температури скломаси в печ1 в1д часу; б - графы сигналу управлтня
При розробщ математично! моделi процесу варшня скла було визначено вплив температури на тривалють варшня скла. Чим вища температура, тим швидше вщбуваеться цей процес, тобто стадп перебтають швидше. Стандартна тривалють варшня складае 40 - 48 годин, при шдвищенш температурного максимуму до 1 565°С шдвищуеться швидкють проварювання, i процес вaрiння скла тривае 30 годин. За рахунок цього зменшуеться витрата енергоношя i брак продукцi!. При зaбезпеченнi сталосп температурного режиму пiдвищуеться однорiднiсть скла i полiпшуеться якiсть продукцi!.
Висновок. У ходi роботи була розроблена i реaлiзовaнa в прогрaмi МА^АВ 6.5 блок-схема математично! моделi процесу вaрiння скла у ваншй печь Ця блок-схема може бути використана для мiнiмiзaцi! енергоемностi процесу варшня скла за рахунок скорочення часу варшня до 30 годин та виконання високотемпературного режиму варшня. Також було застосовано регулятор, за допомогою якого здшснено регулювання температури в печь Це дозволило забезпечити сталють температурного режиму варшня скломаси а, отже, належну !! якють.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Способ управления тепловым режимом стекловаренной регенеративной печи А. с. 1738762 СССР, МКИ С03В 5/24. / А. К. Тарасов, В. И. Кубанцев, Ю. А. Трегуб, Ю. В. Воевудский (СССР). - № 3160263/13-06 ; заявл. 12.10.90 ; опубл. 22.04.92, Бюл. № 21.
2. Баумштейн И. П. Автоматизированные системы управления тепловыми процессами в керамической и стекольной промышленности / И. П. Баумштейн. — Л. : Стройиздат, Ленингр. отделение, 1979. - 88 с.
3. Бейко И. В. Методы и алгоритмы задач оптимизации / И. В. Бейко, Б. М Бублик. - К. : Вища школа, 1983. - 512 с.
4. Дьяконов В. М. Simulink 4. Специальный справочник / В. М. Дьяконов. - Питер. - 2002. - 528 с.
5. Дьяконов В. М. МЛТЬЛБ 6 : учебный курс / В. М. Дьяконов -Питер. - 2001. - 592 с.
6. Разработка математической модели печи обжига фарфора / В. С. Ткачев, С. Я. Мурза // Вюник Придншровсько! державно! академи будiвництвa та аритектури. - 2008. - № 11. -С. 12 - 16.
7. Ралко А. В., Крупа А. А.Тепловые процессы в технологии силикатов. - К. : Вища школа, 1986. - 232 с.
8. Ужеловський В. О. Методичнi вказiвки до визначення динамiчних параметрiв об'ектiв регулювання для студенев фаху 6.092500 / В. О. Ужеловський, В. С. Ткачов, К. А. Бровченко — Д. : ПДАБА, 2007. — 31 с.
9. Исследование влияния технологических параметров на однородность стекла / Л. И. Чумак, А. А. Москалева // Вестник Приднепровской академии строительства и архитектуры. — 2006. — № 15. — С. 43 — 48.
УДК 629.35.3.072.1
МОДЕЛЮВАННЯ КЕРОВАНОСТ1 АВТОПО1ЗДА З П1ДКЕРОВУВАННЯМ КОЛ1С
ПРИЧЕПНИХ ЛАНОК
Ключовi слова: моделювання динамгки руху, криволгшйний рух, седыьний автопогзд, тдкеровування кол1с натвпричепа
Постановка проблеми. Збшьшення щшьност транспортних потоюв, повно! маси, швидкостей автомобшв, викликае зростання необхщност у дослщженш та впровадженш нов^шх технологш у сферi керованостi автотранспорту. Також спостерiгаеться прагнення до скорочення експлуатацiйних витрат i3 метою забезпечення рентабельностi перевезень. У зв'язку з цим спостершаеться збшьшення використання систем автоматичного керування поворотом колю причшних ланок. Електронна система керування поворотним пристроем причепа ETS (Electronic Trailer Steering) - це досконала мшропроцесорна система керування гiдравлiчним поворотним пристроем причепа.
Аналiз публжацш. Як науковий напрям питання керованосп транспортного засобу (ТЗ) розвинутi такими провщними вченими як Н. Жуковський, Е. Чудаков, Я. Певзнер, А. Литвинов, Я. Фаробш, Д. Антонов, А. Хачатуров, Д. Эллю, М. Оллей, Л. Губер, О. Д^ца, П. Ршерт, Т. Шунк, К. Шилшг, I. Рокар, К. Енке, Х. Пасейка, М. Пспер, П. Зегелаар та ш.
Автори у сво!х працях не розглянули питання стосовно моделювання криволшшного руху автопо!зда з пiдкеровуванням колiс причiпних ланок. Також представлений принцип моделювання е складним для подальшого програмування у математичних пакетах ЕОМ.
Мета статть Використовуючи класичнi принципи механiки та мехашзми матричного числення, скласти модель криволшшного руху автопо!зда з тдкеровуванням колiс причiпних ланок, реалiзувати модель у програмному комплексi MATLAB, оцшити якiсть моделювання.
При моделюваннi прийнято такi припущення: рух автомобiля по криволшшнш траектори характеризуеться рiзними видами зв'язку: шини колеса з опорною поверхнею, ходово! частини з рамою та трансмюи з ведучими колесами. Дослщження моделi ТЗ, що враховуе вс зв'язки, е завданням велико! складность
У рамках його спрощення приймаемо допущення: модель керованого автопо!зда плоска, зв'язки в елементах тягача та натвпричепа голономш, розподiл динамiчних вертикальних реакцiй мiж колесами автопо!зда дорiвнюе статичному, зв'язки шин iз дорожньою поверхнею у боковому напрямку нелшшш та допускають ковзання.
Виклад матерiалу. Розглянемо кiнематику повороту автопо!зда з урахуванням вiдведення його колю, для цього на рисунку 1 наведено розрахункову схему для визначення кшематичних параметрiв автопо!зда.
Виходячи з виразу кутово! швидкостi й)па = VnxjR;, одержимо радiус повороту тягача:
О. С. ЛиходШ, асист., Р. П. Скоков, бакал.
(1)
3 огляду на tggßi) = = -1,
Ктх R
ту
зсув центра повороту в^дносно центра мас тягача дорiвнюе:
