Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков

• Название: Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков
• Дата: 01.05.2022
• Размер: 2.15 Mb.
• Имя файла: 1_00676 (1).docx
• Тип: Диссертация; #506934
• страница: 18 из 23

5.3 Камеры лучевого типа и установки СВЧ диэлектрического нагрева

Необходимость технико-экономических расчетов в отношении КЛТ установок СВЧ диэлектрического нагрева (СВЧ электротермических устано- вок) возникает при решении следующих задач:

− определение целесообразности замены на СВЧ установку с КЛТ ис- пользуемой установки с иным способом энергоподвода;

− выбор между вариантами СВЧ рабочих камер, хотя бы одна из кото- рых КЛТ;

− оптимизация структуры СВЧ установки с КЛТ;

− проектирование СВЧ установки с КЛТ.

Первую из этих задач приходится решать перед разработкой инвести- ционного проекта. Её решение должно быть оперативным, а потому о целе- сообразности замены на СВЧ установку используемой установки с иным способом энергоподвода можно судить по соотношению (5.8).

Раскроем входящие в (5.8) величины. Так,

СПЦ

ПЦ_с

СП=Ц(¹ �− =∆¹
) , (5.9)

с1,2 с1,2 с

^Эф1,2

с с_Эф1

^Эф2

где Э_фПП_с− физическая эффективность.

Пусть затраты на отопление и освещение помещения, где расположе- ны сравниваемые установки, а также на холодную воду в сравниваемых ва- риантах одинаковы, тогда затраты на электроэнергию в год составят

^Сэ1,2

^365Пt1,2 ^Р1,2^Тэc


^η1,2 ^П1,2

^□ РtП С_э365Т_э<sup>�


□</sup> ηП

c1 1
□ 1 1

Рt


c2 2
−=�=

η₂

�

^�, (5.10)

�

�

где

^П1,2

− производительность одной установки,

ПП₁

− количество уста-

новок в базовом варианте, тогда как ПСВЧ установки, развивая количество

излучающих систем, можно обеспечить в одной КЛТ;

t_1,c2 − время работы

установки в течение суток в часах;

η_1,2 − энергетический КПД установок;

^Р1,2

− потребляемая мощность в кВт;

Т_э− тариф на электроэнергию про-

мышленной частоты в руб/кВт·ч.

КЛТ используются чаще всего в СВЧ установках, работающих в ме- тодическом режиме. Если в таком же режиме работает базовая установка, то следует учитывать затраты на так называемый начальный и конечный брак. Тогда

730 ЦVкП

^□ кVП^�

с

2

�

2

�
_С 1,2 с1,2

С730Ц

^{□ 1 1} �− =∆кV^�, (5.11)

бр1,2

^П1,2

_бр� _П�

□ 1 �

где

^V1,2

− объем объекта в камере;
1,2

− число включений и выключений

одной установки за время работы в год.

Далее

�^Ц_у1^П�

^Са1,2

^ка1,2 ^К1,2

Ск^�


а

□ _П

а
_□ 1

�−=Ц=∆_у2 ^�, (5.12)


�
�

где

Ц_1,у2 − цены базовой и СВЧ установок; К₁

Ц_у1П

П₁ − капитальные

затраты на базовую установку;

К_2у=.Ц₂

Наконец, при постоянном банковском проценте i_кр

�₁ �
КiС^�1

�^Ц_у1^П


�

�
iС = �=+∆−+Ц

�

^�. (5.13)

�

�
%1,2 ^�

кр^� 1,2

% _� кр^� <sub>П

□</sub> 1

у2 ^�

�

�
Таким образом, соотношения (5.9) − (5.13) определяют все входящие в

(5.8) величины, причем коэффициенты
заданными.

γ_н,

^γндс^,

γ_у, разумеется, являются

Если входящие в (5.9) − (5.13) величины при определении целесооб- разности применения СВЧ установки определить затруднительно, то соот- ношение (5.8) можно еще более упростить, если допустить, что

ф^Э1ф^Э

2б^;р^С

1б⁼р^;С2 ^П1

П. Тогда (5.8) с учетом (5.9) - (5.13) можно

записать в виде

�
Э^�Ф

Ф^�Т

к^�Ц

Ц^�(1 γ+−)(+1−=γ∆ ) −

�
Σ _� потр1

потр2 <sup>� э

□</sup> у1

у2 ^{� ну}

�

�

а
(1 i_кр)^�Ц_у1 −+Ц−_у2 ^�, (5.14)

□ �

□ �

1,п2отр
где Ф− количество потребляемой энергии в год базовой и СВЧ ус-

тановками. В (5.14) учитывается минимальное для прогноза количество
параметров.

Решение второй из перечисленных выше задач позволяет выбрать тип рабочей камеры (КБВ, КСВ или КЛТ) для установки СВЧ, реализующей за- данный технологический процесс. Часто подобная задача возникает и тогда, когда выбрана КЛТ. В таком случае речь идет о той или иной компоновке камеры, например, располагать ли волноводно-щелевые излучатели вдоль или поперек направления транспортировки модифицируемого объекта в ра- бочей камере, какой тип рупорного излучателя применить и как ориентиро- вать этот излучатель на стенке рабочей камеры.

Для принятия решения в пользу того или иного варианта может быть использован сравнительный интегральный эффект, рассчитываемый по со- отношению (5.8) с учетом (5.9) − (5.13). Поскольку сравниваются варианты

СВЧ рабочих камер, реализующих один и тот же технологический процесс,

то ∆С_с

0 , так ка_фк

Э_1фЭ

₂ . Если же сравниваются между собой вариан-

ты КЛТ, то следует учитывать, что в (5.10) – (5.13)

П= П₁ η₁

η₂.

Как в первой, так и во второй задаче решение принимается в пользу

того варианта, для которого

∆Э_Σ > 0.

Решение третьей задачи позволяет выбрать оптимальную структуру КЛТ, СВЧ мощность и частоту источника энергии. В этой задаче критерий оптимизации можно записать с помощью соотношения (5.1)

ЭЭ_{Σ maxΣ}. (5.15)

Поскольку спроектированную установку предстоит изготовить, требу- ется выполнение условия

где

_ви< t_виф, (5.16)

_t= (1 i_кК_р) _.

ви_ЭΣ

Здесь

^tви

− расчетный срок возврата инвестиций,

t_виф− усредненный в рас-

сматриваемый период для города или региона фактический срок возврата инвестиций в различные отрасли хозяйства.

Условие (5.16) из-за большой доходности краткосрочных кредитов, например в торговле, может оказаться весьма жестким, так что предприятию приходится в случае невыполнения условия (5.16) рассчитывать на свои си- лы или найти инвестора, который будет финансировать проект, не требуя выполнения условия (5.16).

Так как в (5.6)

ПП_с, Ц, Ц_сγ_н

γ_ндс, γ_у− величины постоянные, то

(5.6) можно представить в виде

Э_Σ
^ЭΣconst^ЭΣvar^{, (5.17)}

где

^ЭΣconst<sup>и

Э</sup>Σvar

− постоянная и переменная части

Э_Σ . Тогда оптимиза-

ция установки с КЛТ с учетом (5.15) сводится к нахождению причем в (5.17)

^ЭΣvaropt^,

Э_аΣ

бр^[( э

з^Сп

СC_ниС)+(−= _н+_к)_р( −+γγ1_у1)+−

+ (1+iКC)^{] , (5.18)}

то есть

^ЭΣvar

< 0, а потому нахождение

Э_Σmaxсводится к нахождению

Э_Σvarmin. Таким образом, решение третьей задачи сводится к решению сис- темы уравнений

∂
^{∂ Э}Σvar x

i
= 0 , где i=1, 2, …, n. (5.19)

Здесь

1^, 2

_n− независимые параметры, от которых зависит

^ЭΣvar

, т.е. (5.19) означает, что ищется глобальный минимум функции

Σvar

( ₁,

.х,.f.хЭ_n=) . Отметим, что

^ЭΣvar

согласно (5.18) зависит от боль-

шего, чем n, числа параметров, т.к. кромеn независимых параметров эта функция зависит еще от нормативных и зависимых параметров.

Решение уравнения (5.19) зависит от режима работы КЛТ, характера технологического процесса. Подробные соотношения для нахождения

Э_Σvarminприведены в работе [9]. Особенностью оптимизации структуры СВЧ установки с КЛТ является возможность реализовать заданную произ- водительность одной установкой, так что в результате оптимизации, приве- денной по правилам работы [9] ищутся оптимальное значение СВЧ мощно-

сти

^Рopt

одного источника энергии, число излучателей

М_opt, длина волны

СВЧ генератора λ _opt, которые будут, разумеется, различными для установок с КЛТ, работающих автономно или в технологической линии, в методиче- ском или периодическом режиме, с фазовым переходами в модифицируемом объекте или без него.

Решение четвертой из приведенных выше задач позволяет реализовать системный подход к проектированию установок СВЧ диэлектрического на- грева с КЛТ. На рис. 5.7 показана схема проектирования такой установки.

Решение этой задачи начинается с формулировки исходных данных и выбора варианта КЛТ (общая компоновка рабочей камеры, периодический или методический режим её работы). Затем с помощью расчета сравнитель- ного интегрального эффекта проводят технико-экономическое сравнение СВЧ установки и установки с альтернативным способом энергоподвода. На этой стадии нужны параметры альтернативной установки и СВЧ уста- новки с КЛТ, причем параметры КЛТ на этот момент неизвестны, из-за чего на этой стадии следует использовать экспертные оценки величин неизвест- ных параметров.

При

∆Э_Σ> 0 переходят ко второму этапу, на котором решают задачу

технико-экономической оптимизации, а если

∆Э_Σ< 0, то выбирают спосо-

бы выполнения условия (5.3), а при их отсутствии отказываются от КЛТ. На втором этапе определяются параметры СВЧ установки с КЛТ

^{( Р}opt^{, М}opt^и

f_opt). Затем формируются исходные данные для расчета КЛТ.

Расчет КЛТ определяет её компоновку (число и способ расположения излучателей на стенках).

Рис.5.7. Схема проектирования СВЧ установок диэлектрического нагрева с КЛТ

Далее проводится сравнение технико-экономических параметров оп- тимальной КЛТ с исходными. Если параметры с заданной точностью совпа- дают, то проводят математическое моделирование процесса термообработ- ки, а если нет, то корректируют исходные данные для технико- экономической оптимизации.

После математического моделирования сравнивают расчетные пара- метры КЛТ с требуемыми. Если они не совпадают, то корректируют исход- ные данные для расчета КЛТ, а если совпадают, то полученное решение принимается как окончательное и составляется техническое задание на кон- струирование установки.