Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков
 Скачать 2.15 Mb.
|
Камеры лучевого типа и установки СВЧ нетепловой модификации диэлектриковВ литературе нет сведений о возможности достижения модификации диэлектриков, подобной СВЧ нетепловой модификации, проводимой без СВЧ энергоподвода. По этой причине при проектировании КЛТ и СВЧ элек- тротехнологической установки нетеплового действия на стадии обоснования целесообразности применения такого технологического процесса использо- вать сравнительный интегральный эффект не удается. Можно, разумеется, рассчитать интегральный эффект на выбранном временном интеграле, но этого инвестору может показаться недостаточным. В таком случае следует воспользоваться экономической эффективностью, рассчитываемой по соот- ношению Э= ЭΣ . (5.20) К Эта величина, показывающая, какова прибыль в рублях на рубль капиталь- ных вложений, может оказаться ориентиром в принятии решения о целесо- образности капиталовложений. Получим соотношения для расчета экономической эффективности ус- тановки с КЛТ для СВЧ электротехнологической установки нетеплового действия и выясним возможность на базе технико-экономических расчетов проведения оптимизации структуры таких установок. Если установка выпускает один вид продукции, интегральный эффект рассчитывается на интервале в один год, то соотношение (5.20) примет вид К� сндсу □ э Э1 �(ПЦ−=С)(1− γн− γ )(1− γ ) �С □ � Сзп Сзч Са− С−�(1 бр� � +−н)−×+γ �1С−×γ у�− Сни− % . (5.21) □ � Пусть установка работает в методическом режиме, тогда годовая про- изводительность равна П ДGtp, (5.22) где Д− количество рабочих дней в году; G− производительность установки в единицу времени; готовой продукции. tp− время работы установки в течение суток по выпуску Величину G в общем случае можно найти из уравнения теплового ба- ланса для перемещающегося в КЛТ модифицируемого объекта, которое в условиях динамического равновесия (установившийся режим) имеет вид Gсρ( ) РαS+α++ΘРΘ + �1−=Г2 �Р, (5.23)  � � задклср мпрош� � где Gв м3 с; Θзад− максимально допустимый температурный напор мо- дифицируемого объекта; S−площадь поверхности модифицируемого объ- екта в КЛТ; Θср 0 5Θзад; Рм− мощность, затрачиваемая на модификацию объекта; Рпрош− мощность, прошедшая через модифицируемый объект и пришедшая в приемную рупорную систему, Р− мощность, поступающая в излучающий рупор КЛТ, причем Р�1 −=Г2 �Ре− α2d, (5.24) прош� � α − коэффициент затухания электромагнитной волны в модифицируемом объекте; d− толщина модифицируемого объекта; α кα л− коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением с поверхности модифицируемого объекта. В таком случае из соотношения (5.23) с учетом соотношения (5.24) получим G = 1 �1 − Г2 �Р(1 − е− α2d) Р (αα −)SΘ+−�. (5.25) ρcΘзад� � мкл ср� Если пренебречь потерями на конвекцию и тепловое излучение, учесть, что при нетепловой модификации α<d< 1, то из(5.25) Gα= 1 �2�1− 2 � Г− РdР�. (5.26) ρcΘзад� � � м� Пока что, на наш взгляд, нет достоверных сведений о величине Рми способе её расчета. В то же время экспериментальные исследования [22,47]. свидетельствуют, что Рмневелика, и если положить Рм≈ 0, то из (5.26) 2α�1 − Гd2 �Р G= �� ρcΘзад . (5.27) По соотношению (5.27) можно рассчитать G, если в процессе нетепло- вой модификации наблюдается некоторый нагрев объекта. В этом случае все величины, входящие в соотношение (5.25) являются заданными (известны- ми), так что G − величина нормативная. Если при нетепловой модификации нагрева модифицируемого объекта практически не происходит, практически вся мощность, подаваемая рупор- ными излучателями в КЛТ, поступает в приемные рупорные системы, то ве- личина Gопределяется геометрией КЛТ и режимом работы транспортной системы, т.е. G=, V τ0 так что и в этом случае G − величина нормативная, потому что V и проектировании КЛТ известны (заданы). Время tрв (5.22) можно рассчитать по соотношению τ0 при tpt t бр c −=, Д (5.28) где tc− время работы установки в течение суток; tбр− время начального и конечного брака в течение года, при этом t= V(n+ n) , брG1 2 где 1 − число включений и выключений установки в течение года при сменной работы; 2 − число включений и выключений установки в течение года из-за аварий. Если установка работает в сутки одну смену с включением в начале и выключением в её конце, то Д1 2 , а 2 зависит от надежности установ- ки. Если n2 определяется отказом самого ненадежного элемента установки − магнетрона, то с учетом гарантируемого производителем срока службы маг- нетронов на интервале в один год имеет 2 ≈ 1. Таким образом, по (5.28) а с ним по (5.22) иПявляются величинами нормативными. tр, Цена Ц в расчетах − величина заданная. Её определяет спрос и предло- жение на рынке товарной продукции и политика цен, проводимая произво- дителем продукции. Далее, = С=с ПсЦс Дt рGЦс, (5.29) Эф так что в (5.29) все величины заданы, а потому величина Ссявляется нор- мативной. Затраты на электроэнергию и воду можно рассчитать по соотношению □ � � Р� � =С�tД�T� + + �+ ( Р+ GР)ЦG� , (5.30) □ � эc�эη тр возд� хв1 хв2 хв� � □ � � эл� � где ηэл− электрический КПД установки; Ртр, Рвозд− мощности, потреб- ляемые от сети электродвигателями транспортной системы и вентиляторов; Цхв− тариф на холодную воду; Gхв1 Gхв2 − расход холодной воды на ох- лаждение магнетронов и в калориметрической нагрузке КЛТ. Если в уста- новке магнетроны с водяным охлаждением, то Рвозд= 0, а если с воздуш- ным, то G 1х=в0 . Все входящие в соотношение(5.30) величины являются заданными, а величина Сэ − нормативная. Затраты на заработную плату персонала, обслуживающего установку, равны k С= ∑ ЧiзФпi, (5.31) i1 где Чi− количество работников i-той категории; Фi− годовой фонд зара- ботной платы одного работника i-той категории с начислениями; k − число категорий работников. Все эти величины в (5.31) − заданные, а величина Сзп− нормативная. Величину затрат на запасные части можно представить в виде зчС з=чС 1з+чС 2 , (5.32) где С 1,з2ч− затраты на резерв мощностей и на запасные части других частей установки. Резерв мощности создается запасом магнетронов, необходимых для замены выработавших свой срок службы. Обычно С 1з>ч> С 2з,чт.е. Сзч≈ С1з,чпричем Сзч1 �Дt l � � с −=1�M, X1 (5.33) □ � □ � где l − срок службы магнетронов; М − число магнетронов (рупорных излуча- телей) в КЛТ; Х − цена одного магнетрона. Если том (5.32) Дtc l 1≈, что справедливо во многих случаях, то по (5.33) с уче- C1 0 � C 0 . (5.34) Затраты на брак по аналогии с (5.11) равны СбрДVкЦс, (5.35) где к− число включений и выключений установки в сутки, и в этом случае Сбр − величина нормативная. Что касается затрат на научные исследования, то можно положить Сни 0 , (5.36) т.к. в условиях рыночной экономики заказчик (инвестор) обычно выбирает исполнителя, у которого уже есть необходимые научные разработки. Что касается Саи С% , то они определены в п. 5.2, причем К=,Цу Цсу ЦтЦм (5.37) где Цу ЦгЦипЦк Цтр − цена установки с КЛТ; Цг, Цип, Ц− це- ны генератора и источника его питания, КЛТ; трЦ трЦ + Ц 1тр 2 − цена транспортной системы установки; Ц1,т2р− цена электродвигателя транс- портной системы и других его элементов. Все эти величины заданы (норма- тивные). В соотношение (5.21) в явном виде не входит частота электромаг- нитных колебаний f, но от неё зависит объем модифицируемого объекта в КЛТ, причем величина fв технико-экономических расчетах является из- вестной (заданной), т.к. именно на этой конкретной частоте исследован эф- фект нетепловой модификации. Таким образом, все входящие в соотношение (5.21) величины, опре- деляемые отношениями (5.22)-(5.37), являются нормативными, а потому технико-экономическую оптимизацию структуры и параметров СВЧ уста- новок с КЛТ для нетепловой модификации приводить нельзя. Соотношение (5.21) дает возможность рассчитать по (5.20) величину экономической эф- фективности. Разумеется, можно воспользоваться сравнительным интегральным эффектом при решении частных задач, например, оптимального расположе- ния волноводно-щелевых излучателей на стенках КЛТ. Схема проектирования СВЧ установки с КЛТ для нетепловой мо- дификации показана на рис. 5.8. Проектирование начинается с формулиров- ки исходных данных. Этот этап может потребовать экспериментального оп- ределения оптимальных условий получения эффекта нетепловой модифика- ции − напряженности электрического поля электромагнитной волны времени СВЧ воздействия на модифицируемый объект t0 . Е0 и На следующих этапах выбирают исходный вариант компоновки уста- новки и формулируют исходные данные для расчета экономической эффек- тивности Э, при этом стоимостные характеристики устанавливаются экспер- тами рынка товаров и технологического оборудования. Это дает возмож- ность рассчитать экономическую эффективность Э и сравнить эту величину с приемлемой для инвестора (заказчика) Эприем.   Рис.5.8. Схема проектирования СВЧ электротехнологической установки нетепловой мо- дификации с КЛТЕсли Э< Эприем, то предпринимается попытка изменить исходный ва- риант компоновки установки и скорректировать исходные данные для про- ектирования. Если и после этих изменений Э <Эприем, то предстоит поиск нового инвестора (заказчика). Если Э>Эприем, то рассматриваются различные варианты излучающих- ся систем и их расположение на КЛТ, формулируются исходные данные для сопоставления этих вариантов с помощью расчета сравнительного инте- грального эффекта. По результатам технико-экономического сопоставления вариантов из- лучающих систем выбирается их тип и размещение на КЛТ, проводится рас- чет КЛТ и сравниваются расчетные параметры с требуемыми. Далее, если требуется, корректируются исходные данные для расчета КЛТ, после чего окончательные результаты расчета КЛТ, технико- экономические и другие исходные параметры используются для составления технического задания на конструирование установки. Камеры лучевого типа и гибридные СВЧ установкиДля реализации гибридных СВЧ установок по сравнению с обычными СВЧ электротехнологическими установками нетеплового действия требуют- ся дополнительные затраты на вторую рабочую камеру, сырьё для реализуе- мого в ней технологического процесса, заработную плату обслуживающего персонала и другие затраты. В то же время гибридные СВЧ установки дают дополнительный продукт, т.е. дополнительную прибыль. Применение гибридных СВЧ целесообразно, если прибыль, получае- мая при эксплуатации такой установки, например, в течение года будет больше прибыли СВЧ электротехнологической установки нетеплового дей- ствия за этот же период. В таком случае чистый доход (интегральный эф- фект) по аналогии с (5.6) для СВЧ электротехнологической установки нете- плового действия и гибридной СВЧ установки можно записать в виде ЭΣ [(ПнЦн−=Сн)(1 − γн)− (ПнЦн− ПснЦсн)γндс](1 − γу)− С – С% . (5.38) ЭΣг [(ПнЦн =ПтЦт−+Сн−Ст)(1 γн) (ПнЦн ПтЦт− −+П−снЦсн−ПстЦст)γндс] (1 γ) (СС) (С−×+−С+− ), (5.39) у нни тни% н% т где Пн, Цн – количество и цена единицы продукции СВЧ электротехноло- гической установки нетеплового действия; Псн, Цсн – количество и цена сырья такой установки; Сн , Сни н, С% н – издержки производства, затраты на научные исследования, плата за кредит для неё; П т, Цт – количество и це- на единицы продукции рабочей камере теплового действия гибридной СВЧ установки; Пс т, Цс т – количество и цена сырья для рабочей камере тепло- вого действия гибридной СВЧ установки;Ст ,С ни т,С % т−издержки про- изводства, затраты на научные исследования, плата за кредит для рабочей камеры теплового действия гибридной СВЧ установки. Применение гибридной СВЧ установки целесообразно, если по анало- гии с (5.2) ∆ Э0. ЭΣг ЭΣн (5.40) � н у □ � Подставив в (5.40) соотношения (5.38) и (5.39), получим, что гибрид- ная СВЧ установка эффективнее СВЧ электротехнологической установки нетеплового действия, если ∆ЭПЦ−ПЦ( � – �−)γ1γ1γ�>−�Б Б+ � −+кi( −1 )� −γ1γ�1, (5.41) у � � Σ ттстст� н ндс� � � крт кркн� кра� � где Бкр т– банковские кредиты на рабочую камеру и калориметрическую на- грузку СВЧ электротехнологической установки нетеплового действия, за- меняемую в гибридной СВЧ установки на рабочую камеру теплового дейст- вия. Соотношение (5.41) получено с учетом, что для рабочей камеры теп- лового действия гибридной СВЧ установки не требуется генерация дополни- тельной СВЧ мощности, дополнительного обслуживающего персонала, а также в предположении, что Сзт ≈ 0, Сни т≈ 0. ( ( н Если положить, что П т = Пс т, т.е. в технологическом процессе нет по- тери сырья, а из-за малой по сравнению с другими частями установки цены калориметрической нагрузки Б кр т> Бкр кн, то соотношение (5.41) примет вид или ПтЦт – Цст )(1 − γ γндс )(−1 γу) >−Б �1 т��кр iкр к+ 1 −+γ а )�1 − γ� н� у � □ � 1 > ПЦ(1 − γ Бкрт(1 – γ iкр) )�1 − γ� − Ц , (5.42) � ттн ндс� у�1 ст� � □ � Ц� □ т� т(1.к. 1 )γi1 кγ− � кр � > ан� □более чем на порядок. у� − � Графически соотношение (5.42) представлено на рис.5.3, где на оси  □ Цст�абсцисс отложена функция f1 B □ −= �, если � Б�1 + i крт � кр� □ Ц� т □ � В = �� . ПЦ�1 − γ− − γ�(1 γ) т т� нндс � н  Рис.5.9. Номограмма для определения целесообразности гибридной ЭТУ гибридного типа Например, при В = 0.2 зоне целесообразности применения гибридной СВЧ установки соответствует заштрихованная область на рис.5.9 [80]. |