setidengi.ru

Энергетика

Author: Админ (page 1 of 38)

Оценка эффективности использования водородных надстроек

УДК 621.039.533.6 Оценка эффективности использования водородных надстроек на АЭС 1 2 (диссертант), инж., 3 , доктор техн. наук ОЭП СНЦ РАН 2 — ГОУ ВПО СГТУ 3 Рассматривается вариант малозатратной модернизации АЭС с сохранением основного профиля (типоразмера) энергоблока и с незначительными изменениями эксплуатационных параметров турбоустановки. Эти изменения заключаются во введении небольшого начального перегрева пара перед ЦВД и некоторого увеличения проектного перегрева пара перед ЦНД. Кроме того, дан анализ вариантов обеспечения подогрева рабочего пара до задаваемых температур в камере смешения Н 2 /О 2 -парогенератора. Вопросам внепикового производства водорода на атомных электростанциях (АЭС), прежде всего для выравнивания графиков электрической нагрузки, и первым схемам водородного перегрева пара на АЭС и оценке его эффективности были посвящены работы, опубликованные в нашей стране и за рубежом (Германия, США и др.) в конце 70-х — начале 80-х годов . В настоящее время эти разработки интенсивно продолжаются. Как показано во многих публикациях (например, ), производство водорода по замещаемым (наиболее рентабельным) технологиям более выгодно, чем его получение обычным электролизом. Вместе с тем применение высоких технологий электролиза с уменьшенным удельным расходом электроэнергии (ниже 4кВт?ч/м 3 Н 2 ) при многозонных тарифах (сниженных в ночной период), современных безопасных технологиях хранения Н 2 на месте производства и, что самое важное, при использовании Н 2 для повышения КПД цикла всей АЭС может оказаться термодинамически и технико-экономически эффективным. К тому же нужно учитывать, что водород, полученный электролизом, на 1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 09-08-00496-а, 09-08-13533 офи-ц). 2 410054, Саратов, ул. Политехническая, д. 77. ОЭП СНЦ РАН. 3 410054, Саратов, ул. Политехническая, д. 77. ГОУ ВПО иболее чистый (примесей менее 1 %). Использование водорода приобретает новые перспективы в связи с разработкой компактных и относительно недорогих Н 2 /О 2 -парогенераторов , единичная тепловая мощность которых в ближайшее время может достигнуть 70…100 МВт при относительно невысокой капиталоемкости (50 дол/кВт). Надежное охлаждение стенок камер сгорания, регулирование температуры водяного пара, получаемого при сгорании Н 2 , высокая экологичность (нет выбросов NO x ), практическое отсутствие затрат на транспортировку Н 2 на дальние расстояния и другие позитивные сопутствующие системные факторы позволяют уже сегодня ставить задачу анализа эффективности комплексного применения электролизного водорода на АЭС. Следует отметить, что при высоких планируемых темпах ввода АЭС с ВВЭР в энергосистемах России решение такой задачи может стать очень важным при непрерывном использовании Н 2 /О 2 -парогенераторов для замещения паро-парового перегрева в основном цикле, а также (частично) регенеративного подогрева в подогревателях высокого давления (ПВД). Возможны и другие комбинированные способы непрерывно-циклического использования водорода на многоблочных АЭС для выравнивания диспетчерских графиков нагрузки. Кроме того, по оценкам специалистов, при реализации внереакторного перегрева свежего пара перед тур Рис. 1. Циклы влажно-паровой турбоустановки в Т, s-диаграмме. а — на влажном насыщенном паре; б — на смеси пара из ПГ и пара, полученного в Н 2 /О 2 -парогенераторе модинамического эффекта можно добиться повышения маневренности установки, а также надежности лопаточного и соплового аппаратов первых и последних ступеней ЦВД влажно-паровой турбины. Мощность последней без существенной реконструкции и без замены электрогенератора может быть увеличена не более чем на 10 % номинального значения. Далее рассматриваются обычный влажно-паровой цикл (рис. 1, а) и цикл с использованием Н 2 /О 2 -парогенератора (рис. 1, б), для которого достигается небольшой перегрев основного свежего пара и более высокий, чем в обычном цикле (см. рис. 1, а), перегрев промежуточного пара. При этом повышается средняя температура подвода тепла как в процессе 1—2—3—3″ (по сравнению с 1—2—3), так и в процессе 5″—6″ (в сравнении с 5—6). Однако реализация значительных перегревов пара при фиксированном по условиям реакторной установки давлении свежего пара сопряжена со снижением давления сепарации и промежуточного перегрева и сдвигом процесса расширения 6″—7 вправо ра, что нежелательно из-за роста отводимого количества тепла в конденсаторе и снижения механической надежности последнего. Поэтому следует рассматривать относительно невысокие значения Т 3 » и Т 6 » (до 340 °С), что позволяет использовать унифицированное турбинное оборудование без существенной модернизации. В предлагаемой схеме (см. рис. 1, б) водород сгорает в среде кислорода с получением высокотемпературного пара. Затем после смешения с основным паром из парогенератора (ПГ) и подогрева до необходимой температуры он служит дополнительным рабочим телом в цикле АЭС. Анализ эффективности таких энергоустановок следует проводить с соблюдением общего материального баланса пара в цикле АЭС. Для значений удельного подводимого тепла ?q ПГ , ?q П , ?q ПП к потокам пара D ПГ , D П , D ПП балансовые уравнения подвода тепла и выработки электроэнергии имеют вид: подвод тепла (кВт) D ПГ ?q ПГ + D П ?q П + D ПП ?q ПП = Q ? ; выработка электроэнергии (кВт) D ПГ D П +() H ЦВД действ k pег ЦВД, ПП ————————————————-D ЦНД D ПП +() H ЦНД действ k pег ЦНД, С, ТП ——————————————————— + ? ? эл.мех ? с.н АЭС ? N ? = , где D ПГ — расход пара из парогенератора, кг/с; D П — расход пара, получаемого и добавляемого в цикл в Н 2 /О 2 -парогенераторе, кг/с; D ПП — расход пара, добавляемого в цикл после промежуточного перегрева пара, кг/с; ?q ПГ , ?q П , ?q ПП — удельные затраты тепла на получение пара с расходами D ПГ , D П , D ПП , кДж/кг; D ЦНД — расход пара, поступающего в ЦНД, кг/с; H действ ЦВД , H действ ЦНД — действительные теплоперепады, срабатываемые в ЦВД и ЦНД с учетом их внутреннего относительного КПД, кДж/кг; k ЦВД, ПП рег и k ЦНД,С,ТП рег — коэффициенты регенерации, которые учитывают потерю полезной работы с отборным паром, идущим из ЦВД и ЦНД на соответствующие подогреватели, а также недовыработку из-за поступления пара на ПП (пароперегреватель); ? эл.мех — КПД, учитывающий электрические и механические потери турбогенератора; ? АЭС с.н — КПД собственных нужд АЭС (учитывает и расход энергии на компримирование Н 2 и О 2 перед Н 2 /О 2 -парогенератором). Из соотношения полезной выработки электроэнер Рис. 2. Схема АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД. 1 — ЦНД; 2 — электрогенератор; 3 — конденсатор; 4 — бак-аккумулятор; 5 — блок электролизеров; 6, 7 — хранилище водорода и кислорода; 8 — камера сгорания АЭС (см. рис. 1, б) с водородной надстройкой можно определить его КПД: ? АЭС H 2 = ? эл.мех ? с.н АЭС ? D ПГ D П +() H ЦВД действ k pег ЦВД, ПП ————————————————-D ЦНД D ПП +() H ЦНД действ k pег ЦНД, С, ТП ——————————————————— + D ПГ ? q ПГ D П ? q П D ПП ?q ПП ++ ——————————————————————————————————————- ? . Эффективность рассматриваемой схемы модернизации с включением водородного перегрева пара при небольшом повышении температуры рабочих тел с термодинамической точки зрения мала, однако подобные схемы могут быть реализованы для выравнивания графика нагрузки на типовых энергоблоках АЭС с ВВЭР-1000 с минимальной модернизацией основного и вспомогательного оборудования. В этом их главное преимущество. На АЭС может быть реализована также упрощенная технология, ориентированная на циклическое сжигание Н 2 /О 2 в пиковые периоды для получения дополнительной мощности за счет, например, осуществления паро-парового перегрева в специальном водородном, а не в обычном пароперегревателе или по другим схемам, например, разработанным в ОЭП СНЦ РАН и СГТУ . Анализ некоторых термодинамических и технико-экономических аспектов применения водорода для получения дополнительной мощности в электроэнергетике приведен в . Для примера рассматривается схема увеличения температуры пара на 20 °С перед ЦНД (рис. 2) и приводятся результаты оценочных расчетов повышения Общий КПД использования водорода на АЭС целесообразно анализировать с помощью нескольких КПД и коэффициентов для условно выделенных процессов, составляющих общий цикл АЭС. Коэффициент рекуперации электроэнергии K эл = N доп /N затр , где N доп — дополнительно полученная электрическая мощность, МВт; N затр — мощность, затраченная на выработку водорода, МВт. В стационарном режиме работы этот коэффициент представляет собой отношение дополнительно полученной мощности в результате использования в цикле стороннего пара, произведенного в Н 2 /О 2 -парогенераторе, к требуемой для производства водорода мощности. Коэффициент полезного действия использования водородно-кислородной смеси ? H 2 O N доп / Q H 2 O = , Q H 2 O D H 2 O q н p = где — тепловая мощность, полученная при сгорании водорода в кислородной смеси при стехиометрическом соотношении, МВт; — расход пара, образовавшегося в результате сжигания Н 2 , кг/с; q н р = 1,3?10 4 g516 низшая теплота сгорания, отнесенная к 1 кг продукта реакции горения (водяного пара), кДж/кг. Этот КПД представляет отношение получаемой до D H 2 O вой мощности потока стороннего пара, образовавшегося в Н 2 /О 2 -парогенераторах (без впрыска). Коэффициент смешения в камере сгорания Н 2 /О 2 -парогенератора K к.с = N доп /q к.с , где q к.с = Q Н 2 О + q впр = D доп h к.с — тепловая мощность Н 2 /О 2 -парогенератора после смешения пара с водой, МВт; q впр — тепловая мощность, соответствующая подводимой охлаждающей воде, МВт; D доп = D Н 2 О + + D впр — дополнительный расход пара, кг/с; D впр — расход охлаждающей воды, кг/с; h к.с — энтальпия пара после камеры сгорания Н 2 /О 2 -парогенератора, кДж/кг. Коэффициент K к.с — это отношение дополнительной мощности к располагаемой тепловой мощности смешения в Н 2 /О 2 -парогенераторе. Он учитывает также тепловой поток, привносимый с впрыском охлаждающей воды. Количество отводимого тепла через стенки в Н 2 /О 2 -парогенераторе, т.е. тепловые потери, принимались равными нулю. Коэффициент полезного действия брутто АЭС с водородной надстройкой ? АЭС H 2 /O 2 N баз N доп +() / q ПГ * q к.с +()= , где N баз — базовая мощность турбоустановки, МВт; q * ПГ — тепловая мощность, подведенная в парогенераторе, МВт. Тепловая мощность Н 2 /О 2 -парогенератора в цикле АЭС состоит из двух частей q к.с = ?q терм доп + ?q п доп, где ?q терм доп = D баз т (h п т – h баз т ) — тепловая мощность, подведенная в базовом цикле, МВт; ?q п доп = D доп h п т — тепловая мощность, подведенная в цикле с избыточным рабочим телом, МВт; D баз т — расход пара на турбоустановку (базовый), кг/с; h п т — энтальпия пара перед турбоустановкой после смешения с паром Н 2 /О 2 -парогенератора, кДж/кг; h т баз — базовая энтальпия пара перед турбоустановкой, кДж/кг. Для поддержания неизменного базового расхода в турбине D баз т необходимо отводить избыточный конденсат D доп в баки-аккумуляторы (см. рис. 2). Мощность циркуляционных насосов конденсатора в базовом цикле и цикле АЭС с водородной надстройкой из-за незначительной разницы в ее значениях принималась в расчетах постоянной, поэтому все КПД и коэффициенты рассчитывались только по прямому ба траченной. Таким образом, в расчетах не учитывалась дополнительная тепловая мощность, отводимая в конденсаторах и с избыточным потоком рабочего тела, направляемого в баки-аккумуляторы за конденсационными насосами. Полученная дополнительная мощность условно состоит из двух частей N доп = ?N доп п + ?N терм , где ?N доп п = D доп (h т п – h к п )? эл.мех — часть электрической мощности, полученная при работе дополнительного количества пара в ЦНД, МВт; h к п — энтальпия пара перед конденсатором, кДж/кг; ?N терм — часть дополнительной электрической мощности, получаемая в результате повышения параметров пара, МВт. Коэффициент энергоэффективности избыточного потока пара, смешанного с основным паром и отведенного из цикла за конденсатором в бак-аккумулятор: K доп = ?N доп п /?q доп п . Этот коэффициент характеризует отношение мощности, вырабатываемой дополнительным количеством пара в проточной части, к тепловой мощности дополнительного потока пара. Коэффициент термического совершенствования цикла K терм = ?N терм /?q доп терм представляет собой отношение мощности, полученной в результате повышения параметров пара, к тепловой мощности, подведенной к базовому циклу. Термический коэффициент совершенствования всего цикла АЭС вследствие повышения параметров пара K терм АЭС = (N баз + ?N терм )/(q * ПГ + ?q доп терм ). Коэффициент использования дополнительного потока пара в цикле АЭС K доп АЭС = (N баз + ?N доп п )/(q * ПГ + ?q доп п ). В расчетах принималось, что значение температуры на выходе из Н 2 /О 2 -парогенератора составляет Т доп = = 550…800 °C, а расход электроэнергии на электролизеры R = 4 (44,44) кВт?ч/м 3 Н 2 (кВт?ч/кг Н 2 ). Результаты расчетов эффективности АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД приведены в таблице. С увеличением температуры пара, полученного в Н 2 /О 2 -парогенераторе, возрастают значения K эл , ? ? H 2 /O 2 , K , и K доп , од н а к о K терм (зави Результаты расчетов эффективности АЭС с водородной надстройкой при повышении температуры пара перед ЦНД Параметр Температура пара после камеры сгорания, °C 550 800 N доп , МВт 85,5 56,2 N затр , МВт 315,6 188,2 K эл , % 27,1 29,9 D Н 2 О , кг/с 17,6 10,0 ? H 2 O , % 37,3 41,1 D доп , кг/с 79,8 41,1 K к.с , % 29,9 32,9 ? АЭС H 2 /O 2 , % 32,7 33,0 ?q доп терм , МВ т 48,1 48,1 ?N терм , МВт 25,1 25,1 ?q доп п , МВт 237,9 122,5 ?N доп п , МВт 60,5 31,1 K терм , % 52,2 52,2 K доп , % 25,4 25,4 K терм АЭС , % 33,3 33,3 K доп АЭС , % 32,5 32,7 сит только от повышения температуры пара перед ЦНД) остается постоянным. Если увеличить температуру пара перед ЦНД на 20 °C, т.е. до 270 °C, с дальнейшим доведением ее, например, до 340 °C (возможно без существенной модернизации турбины АЭС), то возрастут K терм и K терм АЭС . ? АЭС H 2 /O 2 Это приведет к повышению , а значит, и эффек тивности всего цикла АЭС с водородной надстройкой по сравнению с базовым циклом. Выводы 1. Предложена система КПД и коэффициентов для условно выделенных процессов, позволяющих оценивать эффективность водородных надстроек в цикле АЭС. 2. Дан анализ схемы повышения температуры пара перед ЦНД в результате последовательного смешения пара в камере сгорания Н 2 /О 2 -парогенератора с охлаждающей водой и затем с основным потоком пара перед ЦНД. 3. Обоснована эффективность повышения температуры пара, полученного в Н 2 /О 2 -парогенераторе, и температуры пара перед ЦНД на 20 °С, т.е. до 270 °С (в дальнейшем во

Способ получения антисептированных растворов и

Изобретение относится к получению антисептированных растворов. Обрабатываемая жидкость разделяется на два потока. Первая часть потока охлаждается и насыщается озоном с помощью диспергирования при избыточном давлении. Вторая часть потока подогревается. Далее потоки смешиваются. Устройство содержит герметичный корпус, циркуляционный насос, патрубки подачи озона и выхода газа, диспергатор, охладитель и нагреватель. Нагнетательный трубопровод разделен на два трубопровода. Один соединен с камерой диспергирования озона. Другой — с конденсатором холодильной машины. Патрубки, выходящие из камеры диспергирования и конденсатора, соединены в общий трубопровод. Патрубок подачи озона соединен с диспергатором, расположенным в нижней части камеры диспергирования. Камера диспергирования снабжена редукционным клапаном. Обеспечивается получение растворов с максимальной концентрацией озона. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения антисептированных растворов путем обработки жидкости с помощью озона, отличающийся тем, что обрабатываемая жидкость разделяется на два потока, при этом первая часть потока поступает на охлаждение с последующим ее насыщением с помощью диспергирования озона при избыточном давлении, а другая часть жидкости на подогрев с последующим смешиванием холодного раствора и подогретой жидкости.

2. Устройство для получения антисептированных растворов, содержащее герметичный корпус, циркуляционный насос, патрубки для подачи озона и выхода газа, диспергатор, охладитель и нагреватель, отличающееся тем, что нагнетательный трубопровод разделен на два трубопровода, причем один трубопровод соединен с камерой диспергирования озона, а другой соединен с конденсатором холодильной машины, патрубки, выходящие из камеры диспергирования и конденсатора холодильной машины, соединены в общий трубопровод, а патрубок подачи озона соединен с диспергатором, расположенным в нижней части камеры диспергирования, при этом камера диспергирования снабжена редукционным клапаном.

Изобретение относится к холодильной технологии и технике и может быть использовано при обработке продуктов, оборудования и тары.Известно устройство, содержащее герметичный корпус с поперечными перегородками, аэрирующее устройство в виде наклонно установленных сопел, соединенных трубопроводов с насосом для принудительной циркуляции обрабатываемой воды [SU №998379, кл. С.02F 1/78, 1981].Данное устройство обладает недостатком ввиду невозможности создания оптимальных условий для химической реакции между жидкостью и газом и длительностью процесса обработки воды.Известна контактная камера, содержащая герметичный корпус, патрубок для подачи воды, диспергаторы, патрубок для подачи озоно-воздушной смеси, струенаправляющие перегородки, аппарат каталитического разложения озона, патрубок для отвода воды. [Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Самойлович В.Г. Озонирование в процессах очистки воды. М.: Дели принт, 2007. (235-238)]В контактной камере невозможно максимальное насыщение озоном обрабатываемой воды из-за ее постоянной температуры, поступающей на обработку, значительной потери озона вследствие низкой дисперсности озоно-воздушной смеси; а также длительности процесса обработки воды.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обработки сточных вод газом, содержащее горизонтальный герметичный корпус, разделенный вертикальными поперечными, поочередно примыкающими к дну и перекрытию перегородками на секции, и поворотные аэраторы, соединенные трубопроводами с циркуляционным насосом, нагревателями, расположенными в нижней части начальных секций, и трубопроводом, снабженным холодильником. [SU 1736951, кл. С02Р 1/78, 30.05.92].Однако устройство обладает тем недостатком, что не создает оптимальных условий для химической реакции между жидкостью и газом и обладает повышенными энергозатратами за счет установки нагревателей в корпусе.Предложенное изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в получении растворов с максимальной концентрацией озона, позволяющих осуществлять эффективную обработку пищевых продуктов, оборудования, тары и холодильных объектов и снижение энергопотребления.Для достижения этого технического результата способ получения антисептированых растворов, содержащих озонированную обработку воды, отличается тем, что обрабатываемая жидкость, например вода, разделяется на два потока, при этом часть потока поступает на охлаждение в камеру диспергирования, снабженную редукционным клапаном и диспергатором, и охлаждается испарителем, при этом растворимость озона в жидкости повышается с понижением ее температуры холодильной машиной (чиллером), а другая часть потока направлена на охлаждение конденсатора холодильной машины для снятия тепловой нагрузки, при этом насыщение озоном холодного потока жидкости осуществляется до концентрации 30-50 мл О3 на 100 мл воды. Создаваемое в камере диспергирования избыточное давление за счет выхода из жидкости озона дополнительно увеличивает насыщение жидкости озоном. Насыщенный озоном раствор в дальнейшем соединяется с теплым потоком жидкости, поступающим от конденсатора холодильной машины.Насыщение холодного потока жидкости озоном позволяет максимально увеличить концентрацию озона в ней по сравнению с теплым потоком воды, поступающей на обработку, а нагрев жидкости в конденсаторе с последующим смешением ее холодным насыщенным раствором ускоряет протекание химического взаимодействия между жидкостью и озоном, и, кроме того, снижается энергопотребление холодильной установки за счет использования рабочей жидкости для охлаждения конденсатора, а не специально установленного водоохлаждающего устройства, например градирни.На чертеже схематически изображено устройство, позволяющее реализовать предлагаемый способ получения антисептированных растворов. Устройство содержит герметичный корпус 1, циркуляционный насос 2, патрубки для подачи озона и выхода газа, диспергатор 8, охладитель (испаритель 7), нагнетательный трубопровод 3, разделенный на два трубопровода, причем с помощью переключающейся задвижки 4 разделяются и регулируются потоки жидкости, при этом один трубопровод соединен с камерой диспергирования озона 5, а другой соединен с конденсатором 6 холодильной машины, патрубки, выходящие из камеры диспергирования 5 и конденсатора 6 холодильной машины соединены в общий трубопровод 10, а патрубок подачи озона соединен с диспергатором 8, расположенным в нижней части камеры диспергирования 5, снабженной редукционным клапаном 11.Устройство работает следующим образом: жидкость (например, вода) поступает в корпус 1, откуда циркуляционным насосом 2 направляется в камеру диспергирования 5 и конденсатор 6 холодильной машины. С помощью переключающей задвижки 4 регулируется расход жидкости на диспергатор 5 и конденсатор 6 в зависимости от требуемой конечной концентрации раствора, поступающего на обработку объекта.Часть потока жидкости, поступающая в камеру диспергирования 5, охлаждается испарителем 7 холодильной машины и насыщается озоном, выходящим из диспергатора 8, куда он поступает от генератора озона 9, при этом хладагент проходит через регулируемый вентиль 13 в испаритель 7, где происходит его кипение, и затем пары хладагента с помощью компрессора 12 нагнетаются в конденсатор 6 и конденсируются, откуда жидкость поступает на регулируемый вентиль 13, и холодильный цикл повторяется. Для повышения растворимости озона в жидкости с помощью редукционного клапана и поддерживается избыточное давление в камере диспергирования 5 и при образовании повышенного давления по сравнению с заданным — избыточное количество озоно-воздушной смеси, образующееся при насыщении озоном жидкости.Другая часть потока жидкости поступает на конденсатор 6 холодильной машины, снимая с него тепловую нагрузку, и подогревается за счет конденсации паров хладагента. Затем теплый поток жидкости, выходя из конденсатора, соединяется с насыщенным озоном холодным раствором в трубопроводе 10, насыщая озоном суммарный поток. Таким образом, удается получать антисептированный насыщенный озоном раствор.Пример 1. В герметичный корпус 1 поступает жидкость (вода) с температурой +17°С откуда циркуляционным насосом 2 по нагнетательному жидкостному трубопроводу 3 с помощью переключающей задвижки 4 направляется в камеру диспергирования 5 и конденсатор 6 холодильной машины. Поток жидкости, направленный в камеру диспергирования, с помощью испарителя 7 холодильной машины охлаждается до температуры +4°С и насыщается озоном, поступающим из генератора озона 9 в диспергатор 8 до концентрации 60 мг/л. С помощью редукционного клапана 11 в камере диспергирования поддерживается избыточное давление до 0,2 МПа. Часть жидкости, поступающей на охлаждение конденсатора 6 холодильной машины, нагревается до температуры 23°C и поступает в общий трубопровод, где смешивается с холодным насыщенным озоном раствором, и конечная концентрация раствора составляет 28 мг/л. Полученный насыщенный раствором раствор готов для антисептирования обрабатываемых объектов.Пример 2. Осуществляется аналогично примеру 1. При следующих различных параметрах: температура охлажденной жидкости составляет +6°С; концентрация раствора озона в камере диспергирования 52 мг/л; конечная концентрация насыщенного озоном раствора после смешивания с теплой жидкостью составляет 22 мг/л.Пример 3. Осуществляется аналогично примеру 1 при следующих параметрах: температура охлажденной жидкости составляет +10°С; концентрация раствора озона в камере диспергирования 40 мг/л; конечная концентрация насыщенного озоном раствора составляет 16 мг/л.Пример 4. Осуществляется аналогично примеру 1 при следующих рабочих параметрах: температура охлажденной жидкости составляет +12°; концентрация раствора озоном в камере диспергирования 25 мг/л конечная концентрация насыщенного озоном раствора составляет 10 мг/л.Пример 5. Осуществляется аналогично примеру 1 при следующих рабочих параметрах: температура охлажденной жидкости составляет +14°С; концентрация раствора озоном в камере диспергирования 14 мг/л; конечная концентрация насыщенного озоном раствора составляет 6 мг/л.Пример 1, не рекомендуется к применению, так как при температуре жидкости +4°С осуществляется не стабильный режим эксплуатации холодильной машины и при изменении тепловой нагрузки возможно быстрое понижение температуры жидкости с последующим ее замерзанием в камере диспергирования.Пример 5, также не рекомендуется к применению, так как при полученной конечной концентрации раствора его бактерицидное действие на спорообразующие виды патогенной микрофлоры нестабильно.Приведенные примеры предлагаемого способа и устройства позволят повысит эффективность насыщения озоном раствора по сравнению с прототипом на 40-50% и снижают энергопотребление холодильной установки на 15-20%.

Устройство для измерения максимальной мощности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения максимальной мощности, развиваемой пневматическим двигателем. Устройство содержит датчики крутящего момента и угла поворота, установленные на валу электромагнитного тормоза с катушкой возбуждения, и блок измерения, содержащий первый счетчик импульсов, второй счетчик импульсов, триггер, цифровой индикатор, блок питания и кнопку управления. Дополнительно устройство снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислительным устройством, регистром памяти, цифровым компаратором, блоком памяти, цифровым таймером, элементом «ИЛИ», формирователем импульсов и электромагнитным клапаном с катушкой возбуждения. Технический результат заключается в возможности автоматического определения максимальной мощности на валу двигателя. 1 ил.

Устройство для измерения максимальной мощности на валу двигателя, содержащее датчики крутящего момента и угла поворота, установленные на валу электромагнитного тормоза с катушкой возбуждения и блок измерения, содержащий первый счетчик импульсов, счетным входом подключенный к выходу датчика угла, второй счетчик импульсов, выходами подключенный ко входам цифроаналогового преобразователя, триггер, цифровой индикатор, блок питания и кнопка управления, отличающееся тем, что устройство снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислительным устройством, регистром памяти, цифровым компаратором, блоком памяти, цифровым таймером, элементом «ИЛИ», формирователем импульсов и электромагнитным клапаном с катушкой возбуждения, осуществляющим подключение пневмодвигателя к пневмосети, выход датчика момента через усилитель подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выходами подключенного к первым информационным входам вычислительного устройства, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам блока памяти, выходом подключенного к счетному входу второго счетчика импульсов, первому входу элемента «ИЛИ», входу «Сброс» цифрового таймера и входу «Вычисление» вычислительного устройства, выход цифроаналогового преобразователя через катушку возбуждения электромагнитного тормоза подключен к выходу блока питания, выходы цифрового таймера подключены ко вторым информационным входам вычислительного устройства, информационными выходами подключенного ко входам регистра памяти и первым входам цифрового компаратора, вторыми входами подключенного к выходам регистра памяти, а выходом — ко входу «Запись» регистра памяти, выходы регистра памяти также подключены ко входам цифрового индикатора, установочный S-вход триггера подключен к выходу старшего разряда второго счетчика импульсов, R-вход через кнопку управления к шине «Напряжение логической единицы», а выход триггера подключен ко входу транзисторного ключа, выходом через катушку возбуждения электромагнитного клапана, подключенного к выходу блока питания, выход триггера через формирователь импульсов подключен ко второму входу элемента «ИЛИ», и установочным входам второго счетчика импульсов и вычислительного устройства, а выход элемента «ИЛИ» подключен к установочному входу первого счетчика импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения максимальной мощности развиваемой пневматическим двигателем.Известно устройство для измерения мощности на валу двигателя, содержащее датчики крутящего момента и угла поворота, установленные на валу электромагнитного тормоза с катушкой возбуждения, и блок измерения, содержащий первый счетчик импульсов, счетным входом подключенный к выходу датчика угла, второй счетчик импульсов, выходами подключенный ко входам цифроаналогового преобразователя, триггер, цифровой индикатор, блок питания и кнопка управления (см. АС №1525499, опубл. 30.11.1989 г.).Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности определять максимальную мощность на валу двигателя в автоматическом режиме.Технический результат изобретения — автоматическое определение максимальной мощности на валу двигателя.Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения максимальной мощности на валу двигателя, содержащее датчики крутящего момента и угла поворота, установленные на валу электромагнитного тормоза с катушкой возбуждения, и блок измерения, содержащий первый счетчик импульсов, счетным входом подключенный к выходу датчика угла, второй счетчик импульсов, выходами подключенный ко входам цифроаналогового преобразователя, триггер, цифровой индикатор блок питания и кнопка управления, снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислительным устройством, регистром памяти, цифровым компаратором, блоком памяти, цифровым таймером, элементом «ИЛИ», формирователем импульсов и электромагнитным клапаном с катушкой возбуждения, осуществляющим подключение пневмодвигателя к пневмосети, выход датчика момента через усилитель подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выходами подключенного к первым информационным входам вычислительного устройства, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам блока памяти, выходом подключенного к счетному входу второго счетчика импульсов, первому входу элемента «ИЛИ», входу «Сброс» цифрового таймера и входу «Вычисление» вычислительного устройства, выход цифроаналогового преобразователя через катушку возбуждения электромагнитного тормоза подключен к выходу блока питания, выходы цифрового таймера подключены ко вторым информационным входам вычислительного устройства, информационными выходами подключенного ко входам регистра памяти и первым входам цифрового компаратора, вторыми входами подключенного к выходам регистра памяти, а выходом — ко входу «Запись» регистра памяти, выходы регистра памяти также подключены ко входам цифрового индикатора, установочный S-вход триггера подключен к выходу старшего разряда второго счетчика импульсов, R-вход через кнопку управления — к шине «Напряжение логической единицы», а выход триггера подключен ко входу транзисторного ключа, выходом через катушку возбуждения электромагнитного клапана подключенного к выходу блока питания, выход триггера через формирователь импульсов подключен ко второму входу элемента «ИЛИ» и установочным входам второго счетчика импульсов и вычислительного устройства, а выход элемента «ИЛИ» подключен к установочному входу первого счетчика импульсов.На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения максимальной мощности.Устройство для измерения максимальной мощности на валу двигателя содержит датчики 1 и 2 крутящего момента и угла поворота, установленные на валу 3 электромагнитного тормоза 4 с катушкой 5 возбуждения и блок 6 измерения, содержащий первый счетчик 7 импульсов, счетным входом подключенный к выходу датчика 2 угла, второй счетчик 8 импульсов, выходами подключенный ко входам цифроаналогового преобразователя 9, триггер 10, цифровой индикатор 11, блок 12 питания и кнопка 13 управления, аналого-цифровой преобразователь 14, вычислительное устройство 15, регистр 16 памяти, цифровой компаратор 17, блок 18 памяти, цифровой таймер 19, элемент 20 «ИЛИ», формирователь 21 импульсов и электромагнитный клапан 22 с катушкой 23 возбуждения, осуществляющим подключение пневмодвигателя 24 к пневмосети 25, выход датчика 1 момента через усилитель 26 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 14, выходами подключенного к первым информационным входам вычислительного устройства 15, выходы первого счетчика 7 импульсов подключены к входам блока 18 памяти, выходом подключенного к счетному входу второго счетчика 8 импульсов, первому входу элемента 20 «ИЛИ», входу «Сброс» цифрового таймера 19 и входу «Вычисление» вычислительного устройства 15, выход цифроаналогового преобразователя 9 через катушку 5 возбуждения электромагнитного тормоза 4 подключен к выходу блока 12 питания, выходы цифрового таймера 19 подключены ко вторым информационным входам вычислительного устройства 15, информационными выходами подключенного ко входам регистра 16 памяти и первым входам цифрового компаратора 17, вторыми входами подключенного к выходам регистра 16 памяти, а выходом — ко входу «Запись» регистра 16 памяти, выходы регистра 16 памяти также подключены ко входам цифрового индикатора 11, установочный S-вход триггера 10 подключен к выходу старшего разряда второго счетчика 8 импульсов, R-вход через кнопку 13 управления к шине 27 «Напряжение логической единицы», а выход триггера 10 подключен ко входу транзисторного ключа 28, выходом через катушку 23 возбуждения электромагнитного клапана 22 подключенного к выходу блока 12 питания, выход триггера 10 через формирователь 21 импульсов подключен ко второму входу элемента 20 «ИЛИ» и установочным входам второго счетчика 8 импульсов и вычислительного устройства 15, а выход элемента 20 «ИЛИ» подключен к установочному входу первого счетчика 7 импульсов.Устройство для измерения максимальной мощности на валу двигателя работает следующим образом.Соединяют вал 3 электромагнитного тормоза 4 с испытуемым двигателем 24 и производят нажатие кнопки 13 управления.При этом триггер 10 устанавливается в единичное состояние, на его выходе появляется напряжение логической единицы, которое поступает на вход транзисторного ключа 28. Транзисторный ключ 28 открывается и подключает катушку 23 возбуждения электромагнитного клапана 22 к блоку 12 питания. Клапан 22 срабатывает и подключает двигатель 24 к пневмосети 25. Двигатель 24 приходит во вращение.Так как при нажатии кнопки 13 управления счетчики 7, 8 и регистра 16 памяти устанавливаются в исходное состояние, то на выходе цифроаналогового преобразователя 9 напряжение отсутствует поэтому двигатель 24 вращается без нагрузки.При вращении двигателя 24 на выходе датчика 2 появляются импульсы с частотой вращения двигателя 24. Эти импульсы поступают на вход счетчика 7 импульсов. Выходы счетчика 7 импульсов подключены ко входам блока 18 памяти.При этом в блок 18 памяти предварительно заносится информация о количестве оборотов, при которых нагрузка на валу 3 тормоза не меняется, например 10 оборотов. Поэтому при совершении двигателем 10 оборотов на выходе блока 18 памяти появляется импульс, который поступает на вход второго счетчика 8 импульсов.Одновременно импульс с выхода блока 18 памяти через элемент 20 «ИЛИ» поступает на установочный вход первого счетчика 7 импульсов и устанавливает его в исходное состояние.Счетчик вновь начинает считать импульсы датчика 3 угла и на выходе блока 18 памяти будут формироваться импульсы с частотой, в 10 раз ниже частоты вращения двигателя 24.Импульсы с выхода блока 18 памяти поступают на вход счетчика 8.Так как выходы счетчика 8 подключены ко входам цифроаналогового преобразователя 9, то на выходе цифроаналогового преобразователя появляется ступенчато-возрастающее напряжение, причем длительность каждой ступени равна 10 периодам вращения двигателя 24, а амплитуда ступени устанавливается таким образом, чтобы для полного нагружения двигателя 24 было не менее 100 ступенек.Появление ступенчато-возрастающего напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 9 приводит к появлению ступенчато возрастающего тормозного момента на валу 3 тормоза 4.При этом на выходе датчика 1 момента появляется напряжение, пропорциональное тормозному моменту на валу 3, которое через усилитель 26 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. Аналого-цифровой преобразователь осуществляет преобразования напряжения, пропорционального тормозному моменту в цифровой код, который поступает на информационные входы вычислительного устройства 15, на вторые информационные входы вычислительного устройства 15 поступает код с выходов цифрового таймера 19, соответствующий времени, в течение которого двигатель 24 совершает 10 оборотов, так как запуск таймера 19 осуществляется импульсами с выхода блока 18 памяти.Так как на информационных входах вычислительного устройства присутствуют цифровые коды величины крутящего момента и времени совершения двигателем 24, 10 оборотов при установленном цифроаналоговым преобразователем 9 тормозного момента на валу 3 тормоза 4, то по импульсу с выхода блока 18 памяти, поступающего на вход «Вычисление», вычислительное устройство 15 производит вычисление мощности двигателя 24 при установленной величине тормозного момента.Цифровой код, соответствующий величине мощности, поступает на входы регистра 16 памяти и цифрового компаратора 17.На вторые входы цифрового компаратора 17 поступает цифровой код с выходов регистра 16 памяти. Если код с выходов регистра 16 памяти меньше кода с выходов вычислительного устройства 15, то по импульсу с выхода цифрового компаратора 17 код с выходов вычислительного устройства 15 записывается в регистр 16 памяти.Импульсом с выхода блока 18 памяти, поступившим на вход счетчика 8, увеличивается напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя, что приводит к увеличению тормозного момента на валу 3 тормоза 4.Таким образом, двигатель 24 постепенно нагружается до максимального момента.При этом на каждом шаге нагружения определяется значение мощности, развиваемой двигателем.При помощи цифрового компаратора 17 в регистре 16 запоминается максимальное значение мощности, которую развил двигатель 24 во время испытания.При возникновении импульса на выходе старшего разряда счетчика 8 импульсов, триггер 10 устанавливается в нулевое состояние, напряжение на его выходе пропадает, что приводит к закрытию транзисторного ключа 28 и отключение электромагнитного клапана 22. Клапан срабатывает и отключает двигатель 24 от пневмосети 25. Испытание двигателя закончено.С цифровых индикаторов 11 можно считать величину максимальной мощности, развиваемой двигателем.Введение в устройство для измерения максимальной мощности на валу двигателя, содержащее датчики крутящего момента и угла поворота, установленные на валу электромагнитного тормоза с катушкой возбуждения, и блок измерения, содержащий первый счетчик импульсов, счетным входом подключенный к выходу датчика угла, второй счетчик импульсов, выходами подключенный ко входам цифроаналогового преобразователя, триггер, цифровой индикатор, блок питания и кнопку управления, аналого-цифрового преобразователя, вычислительного устройства, регистра памяти, цифрового компаратора, блока памяти, цифрового таймера, элемента «ИЛИ», формирователя импульсов и электромагнитного клапана с катушкой возбуждения, осуществляющего подключение пневмодвигателя к пневмосети, выход датчика момента через усилитель подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выходами подключенного к первым информационным входам вычислительного устройства, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам блока памяти, выходом подключенного к счетному входу второго счетчика импульсов, первому входу элемента «ИЛИ», входу «Сброс» цифрового таймера и входу «Вычисление» вычислительного устройства, выход цифроаналогового преобразователя через катушку возбуждения электромагнитного тормоза подключен к выходу блока питания, выходы цифрового таймера подключены ко вторым информационным входам вычислительного устройства, информационными выходами подключенного ко входам регистра памяти и первым входам цифрового компаратора, вторыми входами подключенного к выходам регистра памяти, а выходом — ко входу «Запись» регистра памяти, выходы регистра памяти также подключены ко входам цифрового индикатора, установочный S-вход триггера подключен к выходу старшего разряда второго счетчика импульсов, R-вход через кнопку управления — к шине «Напряжение логической единицы», а выход триггера подключен ко входу транзисторного ключа, выходом через катушку возбуждения электромагнитного клапана подключенного к выходу блока питания, выход триггера через формирователь импульсов подключен ко второму входу элемента «ИЛИ» и установочным входам второго счетчика импульсов и вычислительного устройства, а выход элемента «ИЛИ» подключен к установочному входу первого счетчика импульсов, позволило расширить технологические возможности стенда за счет автоматического определения величины максимальной мощности, развиваемой двигателем.

Устройства для магнитной обработки воды

ри эксплуатации автономных систем отопления и горячего водоснабжения большую проблему представляет высокая жесткость воды, обусловленная повышенным содержанием солей CaCO3 и MgCO3. Растворенные в воде минералы откладываются на внутренней поверхности труб, образуют наросты, которые, препятствуя току воды, засоряют отверстия и клапаны. Доказано, что если на ТЭНе откладывается слой накипи толщиной в 1.5 мм, то потребление энергии, необходимой для нагрева воды, увеличивается на 15%; слой в 3 мм увеличивает потребление энергии на 25%; при слое толщиной в 7 мм это число достигает 39%, а при 10 мм — 50%. Нагревание воды через слой накипи резко увеличивает расход топлива и снижает энергоэффективность системы. Кроме того, избыточная энергия, то есть та энергия, которую нагревательный элемент выделил, а вода так и не получила, тратится на перегрев самого нагревательного элемента, в результате чего он выходит из строя. Выпавшая на нагревательном элементе и трубах накипь, взаимодействуя с водой (так называемый гидролиз магниевых солей), повышает ее рН, что усиливает коррозию систем в целом. Эти процессы ведут к преждевременному износу нагревательных систем и требуют частых ремонтов и замены частей и узлов оборудования. Подобные проблемы возникают в оборудовании, которое присутствует в следующих приборах и системах: 1) водонагревателях; 2) пластинчатых теплообменниках; 3) системах воздушного кондиционирования; 4) циркуляционных насосах; 5) вспомогательных насосах; 6) промышленных машинах для приготовления кофе и горячих напитков; 7) охлаждающих башнях; 8) охлаж- 34 дающих системах циркуляции; 9) паровых котлах; 10) паровых плитах; 11) стиральных машинах; 12) очистительных установках высокого давления для горячей воды. Для защиты теплообменного оборудования от накипи используются устройства магнитной обработки (подготовки) воды (МПВ). Действие способа основано на осаждении растворенных в воде минералов на кристаллах микровключений, находящихся в воде во взвешенном состоянии, как на центрах кристаллизации. Такой способ обработки воды с целью уменьшения образования

Присадка к дизельному топливу, дизельное

Настоящее изобретение относится к области нефте- и газохимии, конкретно к составу присадки к дизельному топливу и дизельному топливу нефтяного или газоконденсатного происхождения, содержащему эту присадку. Предлагается присадка к дизельному топливу, содержащая алкил(С3-С20)нитрат, алкил(С1-С25)сукцинимид, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновая, линолевая, линоленовая, или амид этой кислоты и сульфонат кальция. Кроме вышеперечисленных компонентов присадка дополнительно содержит сополимер высших эфиров С6-С28 акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером. Предлагается также дизельное топливо на основе базового топлива, содержащее эту присадку в количестве 0,001-1,0% мас. В качестве базового топливо содержит газоконденсатное дизельное топливо, летнее или зимнее дизельное топливо нефтяного происхождения. Предлагаемая присадка позволяет улучшить пусковые и низкотемпературные характеристики и повысить смазывающие свойства дизельных топлив. Предлагаемое дизельное топливо полностью соответствует требованиям, предъявляемым к дизельным топливам Европейским Стандартом (ЕН 590) и новым ГОСТ Р 52368-2005. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Присадка к дизельному топливу, содержащая алкил(С3-С20)нитрат, алкил(С1-С25)сукцинимид, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновая, линолевая, линоленовая, или ее амид, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сульфонат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алкил(С3-С20)нитрат

до 40

алкил(С1-С25)сукцинимид

0,1-10

сульфонат кальция

до 20

непредельная жирная кислота или ее амид

до 100

2. Присадка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сополимер высших эфиров С6-С28 акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером в количестве до 20 мас.%.

3. Дизельное топливо на основе базового топлива, содержащее присадку, отличающееся тем, что оно содержит присадку по п.1 в количестве 0,001-1,0 мас.%.

Настоящее изобретение относится к области нефте- и газохимии, конкретно к составу присадки к дизельному топливу и дизельному топливу нефтяного (ДТ) или газоконденсатного происхождения (ГКДТ), содержащему эту присадку.Известны депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства ДТ, на основе полимеров этилена, сополимеров этилена с винилацетатом или алкилметакрилатов, где алкил содержит 6-16 атомов углерода. (Патент США №4175926, С10L 1/18, 1979 г.)Известна депрессорная присадка к ДТ, содержащая сополимер на основе этилена с молекулярной массой 3.000-7.000 и амид янтарной кислоты. (Заявка Японии №59-8790, С10L 1/22, 1984 г.)Однако эти присадки недостаточно эффективны в ДТ, используемых в зимних условиях Крайнего Севера. Кроме того, они не улучшают пусковых свойств ДТ при низких температурах.Известна присадка к ДТ, содержащая 3-24% сополимера этилена с винилацетатом с молекулярной массой 800-120.000; 4-41% алкилнитрата с числом углеродных атомов в алкильной группе 4-16; 2-12% алифатических спиртов C1-C4 и 12-91% ароматического растворителя с температурой кипения 135-288°C.Там же указано, что присадка вводится в ДТ, полученные из соответствующих фракций продуктов переработки нефти, сланцев и битумных песков. (Патент США №4365973, С10L 1/22, 1982 г.)Известна присадка к ДТ, содержащая в % мас.:

Оксипропилированный жирный спирт

C6-C16 с молекулярной массой 300-2.000

5-15

Сульфонат щелочноземельного металла

5-15

Сополимер фракции алкилметакрилатов

C8-C24 с винилацетатом с молекулярной

массой 1.000-10.000

10-25

Алкил(C3-C18)нитрат

до 100

(Патент РФ №2057790, С10L 1/18, 1/22, 1996 г.)Недостаточно высокая депрессорная способность этих присадок ограничивает их применение в составе ДТ, например в ГКДТ расширенного фракционного состава.Известна также присадка к ДТ, содержащая в % мас.:

Сополимер высших эфиров C8-C24 акриловой или

метакриловой кислоты с этиленненасыщенным

мономером

до 90

Сульфонат щелочноземельного металла

не более 10

Сополимер этилена с альфа-олефинами

молекулярной массы

1.000-20.000

до 100

Дополнительно присадка содержит алкил(C3-C18)нитрат в количестве 1-30% мас.Там же описано ДТ, полученное на основе летней или зимней марок ДТ, содержащее вышеуказанную присадку в количестве 0,001-0,5% мас. (Патент РФ №2119528, С10L 1/18, 1/22, 1998 г.)Однако известная присадка недостаточно эффективно влияет на низкотемпературные характеристики ДТ.Известна присадка к ДТ, содержащая в % мас.:

Алкил(C3-C20)нитрат

до 55

Алкилсукцинимид, где алкил C1-C25

0,1-15

Сополимер высших эфиров C6-C28 акриловой или

метакриловой кислоты с этиленненасыщенным

мономером

до 100

Там же описано ДТ на основе базового топлива, содержащее вышеуказанную присадку в количестве 0,01-0,8% мас.При этом в качестве базового ДТ содержит ГКДТ расширенного фракционного состава или ДТ нефтяного происхождения. (Патент РФ №2280069, С10L 1/18, 1/22, 2005 г.)Однако эта присадка при использовании ее в составах малосернистых ДТ не обеспечивает им требуемых смазывающих свойств.Наиболее близкой к заявляемой является присадка, содержащая алкил(C3-C20)нитрат, алкил(C1-C25)сукцинимид, сополимер высших эфиров C6-C28 акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновая, линолевая, линоленовая, или амид этой кислоты при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Алкил(C3-C20)нитрат

до 55

Алкил(C1-C25)сукцинимид

0,1-15,0

Сополимер высших эфиров C6-C28 акриловой или

метакриловой кислот с этиленненасыщенным мономером

до 60

Ненасыщенная жирная кислота или ее амид

до 100

Известно также ДТ на основе базового топлива, содержащее вышеуказанную присадку в количестве 0,01-1,0% мас.Причем в качестве базового топливо содержит ГКДТ расширенного фракционного состава или ДТ нефтяного происхождения. (Патент РФ №2320706, С10L 1/188, 1/196, 1/224, 1/23, 2006 г.)Недостатком известной присадки является то, что она не позволяет улучшить экологию воздушного бассейна, уменьшая содержание в воздухе вредных выбросов (ΔBB), образующихся в том числе и от работы автомобильного транспорта на дизельных двигателях.В настоящее время в Странах ЕС в рамках осуществления мер по охране окружающей среды качество ДТ регламентируется Европейским Стандартом EN 590, согласно которому предусмотрено использование только малосернистых ДТ 3-х видов. Содержание сернистых соединений в ДТ вида 1 должно быть не более 350 мг/кг, в ДТ вида 2 не более 50 мг/кг и ДТ вида 3 не более 10 мг/кг. Однако, несмотря на то что при работе дизелей на малосернистых ДТ выбросы вредных оксидов серы будут снижены, что, безусловно, приведет к улучшению экологических показателей работы дизеля, малосернистое ДТ обладает плохими противоизносными (смазывающими) свойствами, по сравнению с высокосернистыми топливами. Для контроля и обеспечения смазывающих свойств ДТ в ЕН 590 введен показатель «диаметр пятна износа», значение которого не должно превышать 460 мкм. Норма на показатель «ЦЧ» в Странах ЕС составляет, не ниже 51 ед. Наконец, по низкотемпературным свойствам, согласно ЕН 590, ДТ классифицируют на 6 сортов (A, B, C, D, E, F), отличающихся по показателю «предельная температура фильтруемости», которая изменяется от плюс 5°C для сорта А до минус 20°C для сорта F, с интервалом между сортами в 5°C. Удовлетворить требованиям, предъявляемым к ДТ в Европе, можно, используя соответствующие присадки. В России, начиная с 2008 года, Постановлением Правительства РФ №118 от 27.02.08 введен новый ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004) «Топливо дизельное Евро. Технические условия». Новый ГОСТ, в отличие от действующего до настоящего времени ГОСТ 305-82, полностью соответствует Европейскому Стандарту, ЕН 590.Задачей настоящего изобретения является разработка присадки к ДТ и ДТ, содержащего эту присадку, обладающего улучшенными пусковыми, низкотемпературными, смазывающими свойствами и обеспечивающего улучшение экологических показателей работы дизельных двигателей.Для решения поставленной задачи предлагается присадка к ДТ, содержащая алкил(C3-C20)нитрат, алкил(C1-C25)сукцинимид, непредельную жирную кислоту, выбранную из группы олеиновая, линолевая, линоленовая, или амид этой кислоты и сульфонат кальция при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Алкил(C3-C20)нитрат

до 40

Алкил(C1-C25)сукцинимид

0,1-10,0

Сульфонат кальция

до 20

Ненасыщенная жирная кислота или ее амид

до 100

Кроме вышеперечисленных компонентов присадка дополнительно содержит сополимер высших эфиров C6-C28 акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером в количестве до 20% мас.Предлагается также ДТ на основе базового топлива, содержащее эту присадку в количестве 0,001-1,0% мас.В качестве базового топливо содержит ГКДТ, летнее или зимнее ДТ нефтяного происхождения.Отличия предлагаемого технического решения состоят в дополнительном содержании в составе присадки сульфоната кальция и в соотношении компонентов.Несмотря на то что все компоненты, входящие в состав присадки, являются известными, промышленными продуктами, в заявляемом соотношении и сочетании их предлагается использовать впервые. Подобранное экспериментальным путем соотношение компонентов позволило получить присадку, обладающую комплексом требуемых свойств.Использование предлагаемой присадки в составе ДТ, как летних, так и зимних марок, позволит увеличить производство высококачественных топлив, соответствующих современным требованиям европейских стандартов. Для производства высококачественных ДТ зимних марок на базе летних в их составе целесообразно использовать присадку, содержащую сополимер высших эфиров C6-C28 акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером, ответственный за улучшение низкотемпературных свойств ДТ.Предлагаемую присадку готовят путем смешения компонентов при комнатной температуре и перемешивании в течение 0,5-2,0 ч.Присадку вводят в состав ДТ в виде 5%, 10%, 35% и 50%-ного концентрата в ДТ или другом углеводородном растворителе. В приготовленных образцах присадка вводилась в топливо в виде 35%-ного концентрата в ДТ.Все используемые для приготовления присадки компоненты являются продуктами промышленного производства.Компонент А — алкил(C3-C20)нитрат, например циклогексилнитрат, изопропилнитрат, норборнилнитрат. В приготовленных образцах присадки использован наименее дефицитный 2-этилгексилнитрат.Компонент Б — алкил(C1-C25)сукцинимид. В качестве алкилсукцинимида может быть использована присадка С-5А или другая сукцинимидная присадка отечественного или импортного производства. В образцах присадки использован алкил(C16-C18)сукцинимид.Компонент В — олеиновая, линолевая или линоленовая кислоты. Для приготовления образцов присадки была использована олеиновая кислота (пример 1) и линолевая кислота (пример 2), использование линоленовой кислоты приводит к аналогичному результату.Компонент Г — в качестве амида непредельной жирной кислоты могут быть использованы алкил(C1-C9)амиды, алкилол(C1-C12)амиды и т.д. В приготовленных образцах предлагаемой присадки были использованы этиламид (C2) линоленовой кислоты (пример 3) и октиламид (C8) олеиновой кислоты (пример 4). Использование других указанных амидов позволит расширить ассортимент выпускаемых присадок, обладающих улучшенными пусковыми, низкотемпературными и смазывающими свойствами.Компонент Д — сополимер высших эфиров C6-C28 акриловой или метакриловой кислоты с этиленненасыщенным мономером является основой промышленных депрессорных присадок к ДТ, типа ПДП, ЭДЕП-Т и др. При приготовлении образцов присадки использована основа присадки ПДП.Компонент Е — сульфонат кальция — присадка C-150, или C-300. При приготовлении образцов присадки использована присадка C-150. Выбор в качестве компонента Е именно сульфоната кальция обусловлен тем, что сульфонаты других щелочноземельных металлов, например бария или магния, при использовании их в ДТ добавляют в состав вредных выбросов, образующихся при сжигании ДТ, еще и токсичные оксиды бария или магния. В то же время образующийся при использовании сульфоната кальция оксид кальция не является токсичным продуктом. Об эффективности улучшения экологических показателей работы дизельного двигателя судили по показателю «количество ВВ», который измеряли с помощью переносного прибора «БОШ», присоединенного к выхлопной трубе двигателя, работающего на ДТ без присадки и в присутствии присадки. По уменьшению значений «количество ВВ» в присутствии присадки (ΔBB) можно сделать вывод о ее эффективности, в частности, по показателю «улучшение экологических показателей работы дизеля».Вышеуказанным способом было приготовлено 6 образцов предлагаемой присадки, состав которых приведен в таблице 1.Кроме того, были приготовлены образцы предлагаемого ДТ, содержащие 0,1% мас., присадки. Сравнительные испытания приготовленных образцов ДТ и образцов базового топлива без присадки приведены в таблице 2.В качестве базового топлива было использовано ГКДТ широкого фракционного состава, утяжеленное кубовыми остатками стабильного конденсата (ГКДТ «ГШЗ»), ДТ летнее, марки «Л» (ДТ «Л») и ДТ зимнее, марки «З-35» (ДТ З-35) нефтяного происхождения.Данные, приведенные в таблице 2, подтверждают, что предлагаемая присадка позволяет улучшить пусковые и низкотемпературные характеристики и повысить смазывающие свойства ДТ. Предлагаемое ДТ полностью соответствует требованиям, предъявляемым к ДТ Евро ЕН 590 и новому ГОСТ Р 52368-2005.

Таблица 1Состав образцов присадок

№ п.п

А, % мас.

Б, % мас.

В, % мас.

Г, % мас.

Д, % мас.

Е, % мас.

1.

10,0

0,1

79,9

0,0

5,0

5,0

2.

20,0

0,5

62,5

0,0

7,0

10,0

3.

25,0

1,0

0,0

64,0

10,0

0,0

4.

30,0

5,0

0,0

35,0

15,0

15,0

5.

35,0

7,0

41,0

0,0

17,0

0,0

6.

40,0

10,0

10,0

0,0

20,0

20,0

7.

40,0

0,1

39,9

0,0

0,0

20,0

Таблица 2Результаты испытаний ДТ с образцами присадок, состав которых приведен в таблице 1

№ п.п

ДТ/ДТ с присадкой

ЦЧ, ед.

Т-ра помутнения Тп, °C

Т-ра застывания Tз, °C

Предельная т-ра фильтруемости Tф, °C

ΔBB (по сравнению с базовым топливом), %

Диаметр пятна износа, мкм

1.

ГКДТ «ГШЗ»

41

-31

-42

-32

530

2.

ГКДТ «ГШЗ» + №1

51

-35

-48

-40

60

460

3.

ГКДТ «ГШЗ» + №6

55

-37

-50

-22

70

400

4.

ДТ «Л»

45

-5

-10

-6

620

5.

ДТ «Л» + №2

48

-5

-35

-17

60

420

6.

ДТ «Л» + №5 (сравнит.)

51

-5

-35

-16

540

7.

ДТ «Л» + №6

53

-5

-43

-22

75

380

8.

ДТ «Л» + №7 (сравнит.)

53

-5

-10

-6

75

390

9.

ДТ «З-35»

45

-25

-35

-27

540

10.

ДТ «З-35» + №3 (сравнит.)

47

-27

-40

-35

420

11.

ДТ «З-35» + №4

51

-32

-50

-48

60

400

*) Образцы присадок представляли собой 35% концентрат в ДТ;**) Концентрация образцов присадок в ДТ — 0,1% мас.

Способ получения диметилэтаноламина

Изобретение относится к способу получения диметилэтаноламина. Способ включает взаимодействие безводного диметиламина и окиси этилена в двух последовательных реакторах смешения и вытеснения при повышенных температуре и давлении. При этом взаимодействие проводится при равновесном давлении 6-13 атм в обоих реакторах, связанных по газовой фазе, в реактор смешения подаются диметиламин и окись этилена в мольном соотношении 3-6:1 и взаимодействие проводится до достижения концентрации окиси этилена 1,4-5% на выходе из реактора смешения, затем реакционная смесь поступает в реактор вытеснения. Способ позволяет повысить безопасность процесса, обеспечить высокую селективность и увеличение производительности процесса в сочетании с простотой технологического оформления. 1 ил., 1 табл.

Способ получения диметилэтаноламина взаимодействием безводного диметиламина и окиси этилена в двух последовательных реакторах смешения и вытеснения при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что взаимодействие проводится при равновесном давлении 6-13 атм в обоих реакторах, связанных по газовой фазе, причем в реактор смешения подается диметиламин и окись этилена в мольном соотношении 3-6:1, взаимодействие проводится до достижения концентрации 1,4-5% окиси этилена на выходе из реактора смешения, затем реакционная смесь поступает в реактор вытеснения.

Изобретение относится к органической химии, к области получения соединений, содержащих аминогруппы и гидроксильные группы, связанные с ациклическими атомами углерода насыщенного углеродного скелета, а именно — к способам получения диметилэтаноламина (ДМЭА).Диметилэтаноламин применяется как исходное вещество в органическом синтезе: при производстве флокулянтов, фармацевтических и косметических препаратов, в качестве катализаторов полимеризации, абсорбентов для очистки природных и промышленных газов.Широко известны способы получения диалкилэтанолминов [Химическая энциклопедия; Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chem. Techn., 3-ed., v.1, p.944]. Эти способы заключаются в проведении взаимодействия окиси этилена (далее — ОЭ) и избытка соответствующего диалкиламина при повышенных температуре и давлении. Для проведения взаимодействия необходимо присутствие некоторого количества катализатора — воды или продуктов взаимодействия.Специфической особенностью реакций оксиэтилирования низших аминов является автокаталитический характер их протекания и высокий тепловой эффект (до 28 ккал/моль). Поэтому существует проблема организации эффективного отвода тепла из зоны реакции для предотвращения «авторазгона» реакции, инициирующего взрывное разложение окиси этилена.Для организации эффективного отвода тепла реакции и обеспечения температурной устойчивости процесса в промышленности используются следующие приемы:- разбавление растворителями — водой, низшими спиртами, избытком диметиламина;- использование специальных аппаратов для проведения процесса, например, секционного реактора вытеснительного типа («труба в трубе»), с высоким соотношением длины трубы к ее диаметру, с организацией отвода тепла с каждой секции;- дробной или порционной подачей в реактор окиси этилена.Известен способ получения [патент ГДР 203534, кл. С 07 С 91/06, оп. 26.10.83] диметилэтаноламина взаимодействием окиси этилена (ОЭ) и диметиламина (ДМА) при соотношении ОЭ:ДМА 1:1,1-3,5. Процесс проводится в реакторе периодического действия с мешалкой, в присутствии каталитических количеств воды (0,1-2%), при температуре 60-80 deg;С и давлении до 15 атм. Температуру в зоне реакции поддерживают, подавая окись этилена определенными порциями, а также обеспечивая теплосъем из зоны взаимодействия.Известен способ получения [патент США 5663444, кл. С 07 С 209/02, оп. 02.09.1997] диалкилэтаноламинов, который проводится при взаимодействии ОЭ и избытка диалкиламина от 1 до 50 молей, лучше от 1 до 10, при температуре 90-160 deg;С и давлении 5-70 атм. Процесс проводится в присутствии каталитических количеств воды — от 2,5 до 50%, после проведения взаимодействия реакционные продукты направляют на разделение, избыточные диалкиламины возвращают на стадию синтеза. Взаимодействие проводят в емкостном аппарате периодического действия с мешалкой, с порционным вводом ОЭ.Недостатком перечисленных процессов является использование воды, присутствие которой вызывает образование побочных продуктов — гликолей, выделение которых представляет определенные сложности. Кроме того, ДМЭА образует с водой трудно разделяемый азеотроп, что осложняет выпуск товарного ДМЭА требуемой чистоты.Поэтому более оптимальным представляется получение ДМЭА в безводных условиях.Основной проблемой, которую приходится решать в безводном синтезе третичных аминоспиртов, кроме обеспечения эффективного теплосъема, является селективность, т.к. побочная реакция оксиэтилирования третичного амина в цепь проходит со значительной скоростьюВ особенности это касается синтеза ДМЭА, где скорость побочных реакций оксиэтилирования целевого продукта в цепь на порядок выше, чем в синтезах таких третичных аминоспиртов, как метилдиэтаноламин (МДЭА), триэтаноламин (ТЭА).Известные способы получения третичных аминоспиртов: ТЭА [Патент РФ 1681489, кл. С 07 С 215/08, оп. 20.10.1999 г.] и МДЭА [Патент РФ 1783771, кл. С 07 С 215/12, оп. 17.009.1990 г.] не подходят для синтеза ДМЭА, так как наличие рециклизируемых промежуточных продуктов (в синтезе МДЭА это ММЭА, в синтезе ТЭА это МЭА, ДЭА) обеспечивает снижение образования побочных высококипящих продуктов оксиэтилирования. В синтезе ДМЭА промежуточных продуктов нет.Известен автокаталитический способ [патент ФРГ 2357076, кл. С 07 С 91/06, оп. 28.05.75] получения алкилэтаноламинов, в том числе диметилэтаноламина — прототип.По этому способу взаимодействие ОЭ и безводного диметиламина проводят в реакторе вытеснения типа «труба в трубе». В реактор подают ОЭ и диметиламин (ДМА) в соотношении 1:2. Для обеспечения катализа продуктами реакции на вход трубчатого реактора устанавливают стартовый реактор смешения с малым временем пребывания, обеспечивающим конверсию ОЭ 1-30% или рециклизируют на вход 0,05-0,2 кратную часть реакционной смеси с выхода реактора. Синтез проводят при температуре 100 plusmn;8 deg;С и давлении 30 атм.Недостатки рассматриваемого процесса:- высокая концентрация ОЭ (22-32%) в реакторе вытеснения обуславливает тепловую неустойчивость процесса: небольшие температурные колебания в реакторе могут вызывать неконтролируемый рост температуры, так как выделение тепла реакции происходит динамичнее, чем теплоотвод. Те же последствия наступают в условиях аварийной остановки производства (отключение воды, электроэнергии);- сложность организации промышленного реактора: необходимость обеспечения высокоэффективного теплосъема обуславливает ограничения по производительности при использовании реактора вытеснения, соотношение длины реактора к его диаметру в прототипе составляет 3600:1;- необходимость поддержания в реакторном узле давления, значительно превышающего равновесное, для предотвращения образования в трубах газовой фазы;- высокая температура синтеза, необходимая для повышения производительности, негативно влияет на качество продукта — цветность.Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности проведения процесса синтеза, а также обеспечение высокой селективности и увеличение производительности процесса в сочетании с простотой технологического оформления.Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что способ получения диметилэтаноламина осуществляется взаимодействием безводного диметиламина и окиси этилена в двух последовательных реакторах смешения и вытеснения при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что взаимодействие проводится при равновесном давлении 6-13 атм в обоих реакторах, связанных по газовой фазе, причем в реактор смешения подается диметиламин и окись этилена в мольном соотношении 3-6:1, взаимодействие проводится до достижения концентрации 1,4-5% окиси этилена на выходе из реактора смешения, затем реакционная смесь поступает в реактор вытеснения.Схема реакторного узла представлена на чертеже.Способ осуществляется следующим образом. Сырье — окись этилена (1 моль) из емкости поз.1, безводный свежий ДМА (1 моль) из емкости поз.2 и возвратный ДМА (2-5 моль) из емкости поз.3 — подается в мольном соотношении, суммарно составляющем 3-6 молей ДМА и на 1 моль ОЭ в реактор смешения поз.4, где в основном (на 75-95%) осуществляется конверсия ОЭ и концентрация ОЭ в реакторе смешения составляет 1,4-5%, что обеспечивает безопасность процесса. Низкая текущая концентрация ОЭ обеспечивается параметрами синтеза: температурой, временем пребывания реакционной смеси в реакторе (соотношение объема реактора к объемной скорости подаваемых компонентов). Высокое соотношение концентраций ДМА и ДМЭА подавляет побочную реакцию, т.к. ОЭ преимущественно реагирует с ДМА, а не с ДМЭА. Затем реакционная смесь по линии поз.6 поступает в реактор вытеснения, где реагирует остальная окись этилена.Температура в реакторах поддерживается в пределах 70-90 deg;С, она может быть одинаковой в реакторах смешения и вытеснения или разной, но температура в реакторе вытеснения должна быть не ниже температуры реактора смешения. Оба реактора свободно сообщаются поз.7 по газовой фазе и работают в условиях равновесного давления реакционной смеси в пределах 6-13 атм, создаваемом реакционной смесью при заданной температуре. Из реактора реакционная смесь поступает на стадии разделения поз.8, откуда избыточный ДМА возвращается по линии поз.9 в емкость поз.3.Отличительными признаками предлагаемого способа являются:- осуществление основной части конверсии ОЭ в реакторе смешения, текущая концентрация ее в реакторе смешения составляет 1,4-5% (в прототипе 22-32%);- проведение синтеза при одинаковом равновесном давлении реакционной смеси в обоих реакторах (6-13 атм);- мольное соотношение реагентов на входе в реактор ДМА:ОЭ=3-6:1.Преимущества предложенного решения:- высокий уровень безопасности процесса: конверсия окиси этилена осуществляется в основном в реакторе смешения, концентрация ОЭ в нем составляет 1,4-5%. Это обеспечивает тепловую устойчивость реактора в процессе работы и безопасность при аварийных остановках. Дополнительной гарантией безопасности является проведение процесса при равновесном давлении, т.к. возможность снятия тепла испарением части ДМА предотвращает возможность разогревов при остановке процесса;- простое конструктивное решение реакторов (емкостные аппараты) не ограничивает производительность установки;- низкая, в сравнении с прототипом, температура синтеза благоприятно влияет на цветность товарного ДМЭА;- низкое давление в синтезе и простое конструктивное решение обеспечивают снижение инвестиций при строительстве и текущих затрат при эксплуатации производства.Примеры конкретного выполненияПроцесс в соответствии со схемой, приведенной на чертеже, проводили следующим образом.Окись этилена и безводный амин подается непрерывно с заданной скоростью, в мольном соотношении 1:3-6 в емкостной реактор смешения поз.4 объемом 1 л, работающий при температуре 70-90 deg;С. Из реактора смешения реакционная смесь перетекает самотеком в реактор вытеснения поз.5 объемом 0,5 л, работающий при температуре 70-90 deg;С. Оба реактора сообщаются по газовой фазе друг с другом линией поз.7, на которой имеется обратный холодильник.Подача сырьевых компонентов осуществляется с такой скоростью, чтобы ОЭ успевала при заданной температуре прореагировать на 75-95%, при этом концентрация ОЭ в реакторе смешения составляет 1,4-5,0%. Контроль концентрации окиси этилена в реакторе смешения осуществляют газохроматографическим анализом проб, отбираемых периодически из реактора смешения.Условия и результаты опытов приведены в таблице.Примеры реализации способа по изобретениюОпыт №Подача ОЭ, кг/часПодача ДМА, кг/часДМА/ОЭ мольноеУсловия синтезаРеактор смешенияРеактор вытесненияТ deg;СР атмСостав реакционной смеси, % вес.Конверсия ОЭОЭДМАДМЭАПримесиРеактор смешенияРеактор вытесненияКонцентрация ОЭДМАДМЭАПримеси10,31,2470-737485,067,720,37,0750,162,530.17,220,31,8689-9090131,474,021,43,290-72,524,33,230,31,354,578-8285113,168,922,95,183-65,829,15,140,30,9380-8182102,55633,38,290-53,737,58,8

Перспективы и проблемы внедрения в

Использование солнечной энергии относится к актуальным проблемам мирового сообщества в связи с исчерпаемостью запасов ископаемого органического топлива и глобальным ухудшением состояния окружающей среды. Солнечная электроэнергетика из маргинальной области энергетики, которая определялась ранее лишь как источник энергии для автономных объектов и отдельных частных потребителей, за последние годы превратилась в полноценное промышленное энергетическое направление. Если сравнить темпы ее развития за последние 10 лет, то быстрее солнечной энергетики в мире развивался только рынок ветровой энергетики. По оценкам экспертов Международного энергетического агентства (IEA), мировая солнечная энергетика уже через 40 лет, учитывая сегодняшние тенденции развития технологий, будет способна производить энергии около 9 тысяч ГВт?ч/год, или 20-25% всей необходимой электроэнергии. Это обеспечит ежегодное сокращение выбросов углекислого газа на уровне 6 млрд т . К концу 2008 г. в мире было установлено около 16 ГВт фотоэлектрических систем, а на конец 2009 г. эта цифра достигла почти 23 ГВт. Мировыми лидерами по установленной мощности станций в 2009 г. являются: Германия (3806 МВт), Италия (711 МВт), США (477 МВт), Чехия (411 МВт) . В 2010 году среди секторов альтернативной энергетики мира наиболее высокие темпы развития имела солнечная электроэнергетика, инвестиции в которую выросли на 49% и составили 89,3 миллиарда долларов. По оценкам Bloomberg New Energy Finance, 86% инвестиций в проекты по осуществлеМеждународный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8 (100) 2011 © Научно технический центр «TATA», 2011 25 Солнечная энергетика нию деятельности по производству электрической энергии из энергии солнечного излучения были в тех странах, где были внедрены «зеленые» тарифы . В мире имеется опыт создания солнечных электростанций, работающих по термодинамическим циклам, мощностью до сотен МВт. Наиболее динамично сейчас эти технологии развиваются в США, Испании, Португалии и Австралии, где есть государственная поддержка строительства таких станций. По состоянию на апрель 2011 г. в Украине введены в эксплуатацию промышленные солнечные фотоэлектрические энергетические станции общей мощностью около 7,5 МВт. Вместе с тем в Украине в 2009- 2010 гг. произведено фотоэлектрических элементов общей мощностью около 150 МВт, которые практически полностью были поставлены на экспорт. Украина имеет большие возможности для организации производства фотоэлектрических элементов, поскольку в бывшем СССР заводы по производству полупроводникового кремния были сосредоточены в Украине: завод чистых металлов в Светловодске и титаномагниевый комбинат в г. Запорожье. В нашей стране есть ряд приборостроительных предприятий микроэлектронного профиля для серийного выпуска фотоэлектрических преобразователей: «Квазар», «Гравитон», «Гамма», «Родон», «Днепр» и другие. В ПАТ «Квазар» на основе применения новых технологий, разработанных в результате выполнения комплексных фундаментальных исследований в области физики полупроводниковых материалов, освоено промышленное производство фотоэлектрических модулей серии KV. В Украине достаточно аргументированы предпосылки для масштабного освоения солнечной энергии. В первую очередь это наличие значительного энергетического потенциала и научно-техническая и промышленная база по всем основным направлениям солнечной энергетики . Прогнозные базовые показатели использования солнечной энергии в Украине до 2030 года, объемы замещения традиционных топливно-энергетических ресурсов и природного газа даны в табл. 1. Таблица 1 П р о г н о з ны е п о к а з а т е л и ра з в ит ия с о л н е ч н о й ф о т о э л е к т р и че с к о й э не рг е т ик и в У кр а ине Table 1 Projections of solar photovolta ic energy in Ukraine Технически достижимый уровень развития № солнечной энергетики по годам п/п Показатель Единицы измерения 2015 2020 2025 2030 1 Установленная мощность МВт 500 1740 2760 5200 2 Годовое производство электроэнергии млн кВт?ч/год 534 1859 2950 5557 3 Годовая экономия условного топлива млн т у.т./год 0,19 0,67 1,1 2,0 4 Объем замещения природного газа млн м3 166 580 920 1720 Кроме указанных выше аргументов, важным этапом развития в Украине возобновляемой энергетики стало принятие в апреле 2009 г. Закона № 1220-VI «О внесении изменений в Закон Украины «Об электроэнергетике» относительно стимулирования использования альтернативных источников энергии». Этим законом были определены вопросы об установлении специальных тарифов, по которым Энергорынком закупается электроэнергия, выработанная на объектах электроэнергетики, использующих альтернативные источники энергии . Действие вышеуказанного Закона о «зеленом» тарифе в области солнечной энергетики распространяется на солнечные фотоэлектрические станции (СФЭС). Эти станции присоединяются к централизованной электроэнергетической сети, объединяющей различные типы промышленных электрических станций. Такие СФЭС не связаны с конкретным потребителем электроэнергии и функционируют как самостоятельные объекты независимо от прилегающих территорий и обеспечивают выдачу энергии в Объединенную электроэнергетическую систему (ОЭС) Украины. С введением в действие Закона о «зеленом» тарифе значительно увеличена инвестиционная привлекательность солнечной фотоэнергетики. Таким образом, в Украине существуют благоприятные условия для привлечения негосударственных инвестиций в строительство СФЭС. По предложениям инвесторов рассматриваются вопросы по созданию объектов солнечных фотоэлектрических станций в Автономной Республике Крым, Одесской, Николаевской, Днепропетровской, Киевской и других областях страны. При привлечении негосударственных инвестиций будут загружены отечественные предприятия по производству фотоэлектрических элементов, а также и другие промышленные предприятия. Поэтому негосударственные инвестиции будут способствовать интенсификации производства на украинских заводах оборудования для СФЭС. По состоянию на апрель 2011 г. Национальная комиссия регулирования электроэнергетики Украи- 26 International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8 (100) 2011 © Scientific Technical Centre «TATA», 2011 , , . Перспективы и проблемы внедрения в Украине солнечных фотоэлектрических станций ны выдала лицензии на осуществление деятельности по производству электрической энергии шести компаниям и установила соответствующие тарифы, которые приведены в табл. 2 . В отличие от ветровых электрических станций, работающих в зависимости от меняющейся мощности ветрового потока, СФЭС имеют более гибкие свойства собственной генерации с точки зрения выдачи мощности в ОЭС Украины. В частности, электрическая мощность СФЭС на значительный срок может быть прогнозируема как по времени суток, так и по сезонам года. Кроме того, солнечные фотоэлектрические станции, благодаря использованию в их составе современных систем преобразования энергии на основе IGBT технологии, имеют особенности, улучшающие показатели качества электрической энергии : — Для стабильной работы электроэнергетической системы (ЭС) в суточном графике нагрузок СФЭС по команде от диспетчера может изменять выдаваемую мощность генерации в пределах своей текущей максимальной мощности. — С целью обеспечения стабилизации работы ЭС СФЭС может автоматически изменять мощность генерации в пределах текущей максимальной мощности в зависимости от изменения частоты в электроэнергетической сети. — Режимы работы оборудования СФЭС позволяют выполнить компенсацию реактивной мощности в электроэнергетической сети в широком диапазоне регулирования коэффициента мощности. — С точки зрения обеспечения качества напряжения в сети, динамические свойства оборудования СФЭС позволяют компенсировать возможные кратковременные «провалы» напряжения в электроэнергетической сети. В связи с началом широкомасштабного создания в Украине солнечных фотоэлектрических станций возникает вопрос о необходимости государственного регулирования процесса передачи вырабатываемой этими станциями энергии в электрические сети. Этот вопрос должен решаться Правилами присоединения солнечных фотоэлектрических станций к электрическим сетям. Эти правила должны: — базироваться на объективных, прозрачных и не дискриминационных критериях; — обеспечивать, чтобы уровень начисленных платежей за передачу и распределение энергии не проявлял дискриминации в отношении объектов СФЭС, а отдавал им предпочтение; — гарантировать, чтобы польза для электроэнергетической сети от присоединения производителя электроэнергии на СФЭС в полной мере оценивалась и оплачивалась оператору этого оборудования; — ввести стандартные технические требования и условия присоединения электроэнергетических установок СФЭС к разным уровням напряжения в условиях штатного их использования. За основу Правил присоединения можно принять механизм присоединения, который приведен в Правилах присоединения ветровых электростанций к электрическим сетям (зарегистрированы в Министерстве юстиции Украины 29 декабря 2009 г. за № 1263/17279). Конечно, при разработке Правил присоединения СФЭС необходимо будет учесть специфические вопросы внедрения солнечных фотоэлектрических станций. Национальная комиссия регулирования электроэнергетики Украины должна внедрить типовые контракты на присоединение, содержащие адекватные и соответствующие правила и процедуры присоединения. Таблица 2 Т ар и фы на пр о и з во д с т в о э л е кт р и ч е с к о й э не рг и и из э не рг и и с ол н е ч но г о и зл у ч е н и я Table 2 Tari f f s for elect r i c i ty production from solar energy № Энергогенерирующая компания «Зеленый» тариф без НДС, коп/кВт?час Установленная мощность, МВт Наземные объекты 1 ООО «Краймиа Солар 1» 522,94 1,0 2 ООО «Краймиа Солар 2» 522,94 1,5 3 ООО «Краймиа Солар 3» 522,94 1,5 4 ООО «Краймиа Солар 4» 522,94 1,5 5 ООО «Краймиа Солар 5» 522,94 2,0 Объе ты, смонтированные на крышах, до 100 кВт, и на фасадах, независимо от мощности 6 ООО «Винница-Энергосервис» 479,36 0,035 Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8 (100) 2011 © Научно технический центр «TATA», 2011 27 Солнечная энергетика Выводы 1. На конец 2008 г. в мире было установлено около 16 ГВт фотоэлектрических систем, а на конец 2009 года эта цифра достигла почти 23 ГВт. Мировыми лидерами по мощности станций в 2009 г. являются Германия (3806 МВт), Италия (711 МВт), США (477 МВт), Чехия (411 МВт). Проекты по осуществлению деятельности по производству электрической энергии из энергии солнечного излучения преимущественно реализуются в тех странах, где были внедрены «зеленые» тарифы. 2. В Украине достаточно аргументированы предпосылки для масштабного освоения солнечной энергии. В первую очередь это наличие значительного энергетического потенциала и научно-техническая и промышленная базы по всем основным направлениям солнечной энергетики. Кроме того, с введением в действие Закона Украины о «зеленом» тарифе значительно увеличена инвестиционная привлекательность солнечной фотоэнергетики. 3. В связи с началом широкомасштабного строительства в Украине солнечных фотоэлектрических станций возникает вопрос о необходимости государственного регулирования процесса передачи энергии в электрические сети. Этот вопрос должен решаться Правилами присоединения солнечных фотоэлектрических станций к электрическим сетям. International energy agency. Energy Technology Perspectives (Перспективы технологий в энергетике). © OECD/IEA — 2010. и др. Институт возобновляемой энергетики НАН Украины. Развитие и использование фотоэлектрических систем в мире. В сб. «Возобновляемая энергетика XXI века. Материалы XI международной конференции ». Крым, 2010. С. 142-144. Alex Morales. British Subsidies Trigger Solar Revolution Under Rainy Skies (Британские субсидии начинают инициировать солнечную революцию в облачном климате). Aug 5, 2010. www.bloomberg.com/news/2010-08-04/-solarrevolution- begins-under-uks-gloomy-skies-aftersubsidies- start.html. Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии. Под общей редакцией . Киев: Украинские энциклопедические знания, 2007. С. 274-300. «О внесении изменений в Закон Украины «Об электроэнергетике» относительно стимулирования использования альтернативных источников энергии». Закон Украины № 1220-VI от 16 апреля 2009. Http://www.president.gov.ua/documents/9205.html. «Об установлении величин «зеленых» тарифов на электрическую энергию на апрель 2011 года». Национальная комиссия регулирования электроэнергетики Украины. PV Grid-Connected inverters. 2010-2011. V6.2 — Sungrow Power Supply Co. Ltd.

Повышение энергоэффективности панельных жилых зданий

Жилым зданиям присваивается класс энергетической эффективности в зависимости от величины удельного расхода тепловой энергии на отопление, нормируемая величина которого зависит от назначения и этажности здания . Классификацию по энергопотреблению 5-этажных жилых зданий можно представить в виде таблицы 1. Таблица 1 — Классификация 5-этажных жилых зданий г. Брянска по энергопотреблению Обозначение классаНаименование класса энергетической эффективностиУдельный расход энергии на отопление кВт·ч/м2кДж/(м2•?С•сут.) 1237 AОчень высокий70 и менее56 и менее BВысокий71-9657-77 CНормальный97-11178-89 DНизкий112-42590-340 EОчень низкий426 и более341 и более Рассмотрим тепловой баланс панельного здания на примере жилого дома серии 1-335, состоящего из двух рядовых и двух торцовых блок-секций. Ориентацию главного фасада условно принимаем на юг. Конструктивное решение пятиэтажных жилых зданий серии 1-335 — неполный каркас с продольными несущими стенами из керамзитобетонных панелей толщиной 350 мм. Окна — двойное остекление из обычного стекла в раздельных деревянных переплетах. Покрытие — комплексные керамзитобетонные панели с рулонной кровлей из четырех слоев рубероида. Техническое подполье с разводкой трубопроводов. Здание подключено к централизованной системе теплоснабжения и имеет систему отопления без термостатов и без авторегулирования на вводе. Градусо-сутки отопительного периода Dd = (tint-tht)•zht, где расчетную температуру внутреннего воздуха принимаем +18?С . Для г. Брянска Dd = 4162?С•сутки. При составлении теплового баланса необходимо располагать всеми данными, характеризующими объемно-планировочное и теплоэнергетическое исполнение здания (таблица 2). Таблица 2 — Геометрические, теплотехнические и энергетические показатели существующего здания Ограждающая конструкцияA, м2Rreq, м2•?С/ВтRr, м2•?С/ВтQhtr, ГДж 12345 Стены1368,92,8570,758733,8 Окна и балконные двери664,00,4620,440613,2 Входные двери13,520,7590,8006,9 Покрытие744,44,2810,939322,1 Перекрытие первого этажа744,43,7730,358338,0 Основные составляющие теплового баланса здания : Qhtr — теплопотери трансмиссионные (через наружные ограждающие конструкции здания); Qhinf — теплопотери инфильтационные (за счет инфильтрации и вентиляции); Qint — теплопоступления бытовые (за счет тепловыделений людей, освещения и оргтехники); Qs — теплопоступления инсоляционные (через окна и фонари от солнечной радиации); Qhy — расход тепловой энергии на отопление здания. Разница между теплопотерями и теплопоступлениями показывает расход энергии на отопление. Удельный расход составляет qhdes = 161 кДж/(м2•?С•сут.). Соответственно, эксплуатируемое существующее здание серии 1-335 относится к классу D по энергетической эффективности. В эту категорию попадают все крупнопанельные пятиэтажные здания, имеющие сходные геометрические и теплотехнические показатели. Для перехода от зданий классов Е и D к зданиям класса А необходимо выполнить совокупность мероприятий, направленных на уменьшение энергопотребления: — комплекс ремонтно-строительных работ, направленных на приведение теплотехнических показателей всех ограждающих конструкций к современным требованиям; — модернизацию системы отопления предпочтительно за счет организации пофасадного регулирования подачи теплоносителя в зависимости от средней температуры воздуха в помещениях каждого фасада ; — переход на механические или смешанные системы регулируемой приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла; — разработку системы мер материальной заинтересованности застройщиков повышать класс энергетической эффективности зданий, а жильцов снижать энергопотребление домов. Произведем утепление стен по технологии «Мосрекон», так как данная система вентилируемых фасадов адаптирована к климатическим условиям Центрального региона России, а также наиболее доступна в ценовом плане . Для теплоизоляционного слоя применяем плиты из стеклянного волокна, имеющие расчетный коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации в Брянской области 0,045 Вт/м•°C. Сопротивление теплопередаче наружных стен составит 3,060 м2•?С/Вт. Существующие оконные блоки целесообразно заменить двухкамерным стеклопакетом в одинарном поливинилхлоридном переплете из стекла с твердым селективным покрытием, так как они имеют оптимальное сочетание коэффициентов, учитывающих затенение светового проема непрозрачными элементами затенения и относительное проникание солнечной радиации. Тем самым увеличивается сопротивление теплопередачи светопрозрачных конструкций до 0,580 м2•?С/Вт (при заполнении аргоном до 0,650 м2•?С/Вт). Утепление перекрытия первого этажа и покрытия проводим по уже известным и апробированным технологиям; сопротивление теплопередаче составит 3,550 м2•?С/Вт и 4,420 м2•?С/Вт соответственно. Организация воздухообмена с использованием рекуперации позволяет утилизировать тепло вытяжного воздуха, на подогрев которого уходит около 50% всего потребляемого тепла на отопление здания, то есть инфильтрационные теплопотери уменьшатся вдвое. Увеличивая в 2 раза коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты, пропорционально увеличивается эффективность всех теплопоступлений в здание. Удельный расход составляет qhdes = 23 кДж/(м2•?С•сут.), соответственно, реконструированный панельный дом серии 1-335 будет относиться к классу А по энергетической эффективности. Сравнительный анализ теплового баланса существующего и реконструированного панельного здания показывает, что, выполнив комплекс основных мероприятий, достигается эффект снижения расхода энергии на отопление в 6,5 раз. Полученный показатель удельного расхода энергии 23 кДж/(м2•?С•сут.) или 29 кВт·ч/м2 приближается к энергоэффективным зданиям со сверхнизким потреблением энергии (концепция Passive House) . СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой РФ. — М.: Стройиздат, 2003. — 54 с. Гертис, К. Здания XXI века — здания с нулевым потреблением энергии // Энергосбережение. — 2007. — №3. — С. 34-36. Ливчак, теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий — основа энергосбережения // АВОК. — 2005. — №7. — С. 4-9 Кононова, технических решений энергосберегающих мероприятий при реконструкции систем отопления зданий // Концептуальные вопросы современного градостроительства. — Воронеж, 2007. — С. 73-80. Граник, фасадных систем в жилищно-гражданском строительстве // Энергосбережение. — 2005.- № 4. — С. 84-89. Табунщиков, концепции зданий XXI века в области теплоснабжения и климатизации // АВОК. — 2005. — №4. — С. 4-7.

Рельсовый автобус с рекуперацией энергии

Железные доро ги мира — 2011, № 10 33 Рекуперация эн ергии Использование разработанной компанией Voith Turbo технологии SteamTrac позволит сократить потребление топлива и уменьшить эмиссию углекислого газа. Новая технология создана на основе результатов, полученных в ходе осуществления компанией в течение четырех лет программы исследований. Весной 2011 г. на территории федеральной земли Баден-Вюртемберг были начаты испытания оборудованного системой Steam- Trac дизельного рельсового автобуса серии NE81 компании-оператора Sьdwestdeutsche Verkehrs-Aktiengesellschaft (SWEG; рис. 1). К концу 2011 г. этой системой должен быть оснащен еще один рельсовый автобус. Появление технологии Steam- Trac стало возможным благодаря работе, которую Voith Turbo вела в течение нескольких лет с целью обеспечения соответствия своей продукции все более ужесточающимся требованиям, касающимся вредных выбросов. В результате совместно со специалистами компании MAN был создан собственный модельный ряд дизельных двигателей, предназначенных для применения на подвижном составе железнодорожного транспорта. В настоящее время на заводе компании MAN в Нюрнберге осуществляется сборка первых промышленных образцов силовых агрегатов для железнодорожного подвижного состава (рис. 2) на базе двигателей с использованием комплектующих, разработанных компанией Voith Turbo и изготовленных на ее заводе близ города Хайденхайм-ан-дерБренц (все — Германия). Для соблюдения действующих нормативов по вредным выбросам компания Voith Turbo использует технологию рециркуляции выхлопных газов (EGR), отдавая ей предпочтение перед технологией селективного каталитического восстановления (SCR). Последняя тем не менее может служить дополнительным средством выполнения вводимых в перспективе еще более жестких требований к содержанию вредных веществ в выхлопных газах. Однако принятие мер по соблюдению новых нормативов вредных выбросов приводит к снижению КПД, росту потребления топлива или увеличению размеров силовой установки. В связи с этим Voith Turbo начала поиск путей увеличения выходной мощности и компенсации потерь. Благодаря проведенной оптимизации системы тягового привода удалось обеспечить достаточно высокий ее технический уровень. Дальнейшее существенное повышение топливной экономичности путем внедрения незначительных усовершенствований, по?видимому, нереально. Поэтому пришлось сделать своего рода шаг назад и рассмотреть систему в целом с точки зрения распределения потоков энергии. Компания Voith Turbo поставляет бо?льшую часть своих тяговых приводов для подвижного состава рельсового транспорта в виде состоящих из дизеля, передачи и систем охлаждения комплектных силовых агрегатов, монтаж которых на подвижном составе осуществляется с минимальными присоединениями. Имеющие несколько меньшие размеры силовые агрегаты типа DiwaPack выполнены на основе разработок, проводившихся для Рис. 1. Рельсовый автобус компании-оператора SWEG, оборудованный системой Steam- Trac Рельсовый автобус с рекуперацией энергии Компания Voith Turbo (Германия) проводит испытания дизельного рельсового автобуса, силовой агрегат которого оснащен системой рекуперации тепловой энергии SteamTrac. 34 Железные доро ги мира — 2011, № 10 Рекуперация эн ергии автомобильной промышленности. В них, в частности, используется такая же механическая передача Diwa, что и на автобусах. Такие установки с двумя двигателями, соответствующими европейским нормам содержания вредных веществ уровня IIIA, уже предлагаются на рынке, а версия, соответствующая более жестким нормам уровня IIIB, должна появиться к концу 2011 г., когда новые нормы вступят в действие. Первоначально для создания более экономичной установки Diwa- Pack предполагалось использовать гибридную передачу с параллельным электрическим приводом, что делало возможным накопление и последующее использование энергии, рекуперируемой при торможении. При мощности до 150 кВт такая передача нашла применение на автобусах и при наличии заказчика могла быть приспособлена для использования на рельсовом транспорте. Для этого потребовалось бы внести незначительные изменения в конструкцию рамы и установить несколько дополнительных кронштейнов для размещения модулей преобразователя и накопителя энергии. Накопитель энергии решено было выполнить на основе аккумуляторных батарей, а не суперконденсаторов, поскольку первые можно разместить в силовых модулях, расположенных под полом. В отличие от аккумуляторов суперконденсаторы весьма чувствительны к воздействию тепла, в связи с чем они обычно монтируются на крыше подвижного состава. Использование отработанного тепла В гибридной передаче повторно используется энергия, выделяющаяся при торможении. Однако существуют и другие способы повышения экономичности силового агрегата. Анализ потоков энергии в дизеле показывает, что лишь 30 — 40 % энергии, получаемой при сгорании топлива, используется для создания крутящего момента. Остальное теряется в основном в виде тепла в той или иной форме. Примерно 19 % приходится на работу системы охлаждения, не менее 36 % энергии уходит с выхлопными газами и около 5 % — путем рассеяния. Необходимо было найти возможность возврата части этой нерационально растрачиваемой энергии и ее использования. Данная проблема касается не только железнодорожного подвижного состава. Программа утилизации потерь тепловой энергии затрагивает весь диапазон продукции компании Voith Turbo, используемой на железнодорожном, автомобильном, водном транспорте и в стационарных установках для выработки электроэнергии, т. е. практически везде, где применяются двигатели внутреннего сгорания. Идет поиск общего решения, обеспечивающего потенциальную экономию для всех выпускаемых компанией изделий. Результаты первых исследований подтвердили, что рекуперацию тепловой энергии проще реализовать там, где имеется значительная разность температур. С этой точки зрения использовать воду, применяемую для охлаждения дизельного двигателя, довольно затруднительно. В то же время при применении технологии EGR температура выхлопных газов обычно достигает 400 — 500 и даже 600 °C, поэтому представлялось целесообразным использовать часть этой энергии. Специалисты Voith Turbo предложили применить усовершенствованную версию традиционного парового двигателя, представляющего собой систему замкнутого цикла. Горячие выхлопные газы служат для нагрева рабочего тела в резервуаре под давлением по принципу генератора перегретого пара с последующим расширением пара с целью рекуперации энергии до начала конденсации и повторного образования жидкости, завершающего рабочий цикл. Весьма прогрессивное решение — включение теплообменника в трубопровод выхлопных газов либо его интеграция с глушителем или охладителем EGR. Можно также включить конденсатор в контур охлаждения дизеля, что позволит минимизировать число отдельных компонентов. В качестве расширителя возможно использование двигателя с возвратно-поступательным движением поршней или турбины. Турбина лучше работает при постоянной частоте вращения и температуре, преимущественно в стационарных условиях (например, на электростанции). Однако для тягового привода, где частота вращения и давление меняются в широких пределах, она не подходит. Здесь более целесообразно применить поршневой двигатель (рис. 3). Рис. 2. Силовой агрегат для железнодорожного подвижного состава с применением технологии SteamTrac (источник: Voith Turbo) Железные доро ги мира — 2011, № 10 35 Рекуперация эн ергии Специалистами компании Voith Turbo разрабатываются два варианта системы рекуперации энергии. В модели SteamDrive энергия, получаемая от расширителя, используется для привода вспомогательного генератора, тогда как в SteamTrac она возвращается в параллель к передаче от главного дизеля, что делает ее пригодной для использования в тяговом приводе. При этом требуется механическое соединение с муфтой, поскольку расширитель не начнет работать, пока повышается температура выхлопных газов. В данном варианте имеет место проблема повышенной вибрации, снижение которой обеспечивается благодаря функционированию системы управления. От теории к практике После лабораторных исследований и испытаний на экспериментальных установках были начаты испытания рельсового автобуса, пригодного для коммерческого использования. Когда работа над проектом начиналась, на рынке не имелось подходящего поршневого двигателя. В то же время специалисты компании были в состоянии разработать обладающие требуемыми характеристиками насосы, теплообменники и устройства управления. Компания Voith Turbo ввела в действие собственную производственную линию по выпуску расширителейи начала их серийное производство. Первый расширитель мощностью 40 кВт (рис. 4) представляет собой двухцилиндровый рядный двигатель с рабочим давлением 60·105 Н/м2 при температуре 370 °C. За счет достигаемого при помощи регулирующих клапанов сокращения периода впуска и увеличения периода отсечки обеспечивается возможность максимального расширения пара при каждом ходе поршня. Поскольку в гидравлической передаче в качестве рабочего тела используется вода, компоненты системы SteamTrac изготовлены из нержавеющей стали, что позволяет минимизировать опасность коррозии. Кроме того, установлена встроенная система смазки с маслосборником и насосом с приводом от коленчатого вала. Благодаря этому герметичная система может работать в течение длительного времени, не требуя обслуживания или при минимальном его объеме. При наличии привода от расширителя к коленчатому валу главного двигателя рекуперируемая энергия может использоваться для тяги или употребляться для привода других механизмов от вала отбора мощности, обеспечивая работу вспомогательного оборудования в течение нескольких минут после остановки поезда. Однако важнейшее достоинс во SteamTrac проявляется в случае, когда дизель работает при полной нагрузке. При помощи расширителя может быть получена дополнительная мощность, что способствует улучшению тяговых характеристик рельсового автобуса, либо она может быть использована для экономии энергии и сокращения потребления топлива путем сокращения длительности впрыска. Опытный образец силового агрегата, в котором использована технология SteamTrac, снабжен соответствующим европейским экологическим нормам уровня IIIA дизелем серии D2876 мощностью 382 кВт постройки компании MAN с устройством EGR. Агрегат оснащен двумя парогенераторами в трубопроводе выхлопных газов с одним расширителем мощностью 40 кВт, при этом сравнительно небольшой дизель не выделяет существенного количества сбросового тепла для указанной мощности. Согласно оценкам, использование технологии SteamTrac обеспечит сокращение потребления топлива и эмиссии диоксида углерода на 5 — 9 %. Однако в реальных условиях этот показательбудет зависеть от фактического режима работы. При высокой мощности рекуперация энергии может быть больше, в режиме холостого хода — меньше. Теоретически Рис. 3. Основные компоненты системы SteamTrac Рис. 4. Внешний вид расширителя 36 Железные доро ги мира — 2011, № 10 Рекуперация эн ергии возможна рекуперация до 10 % номинальной выходной мощности силового агрегата, фактически же этот максимальный уровень никогда достигнут не будет. Ходовые испытания После рассмотрения нескольких возможных вариантов использования опытного образца системы SteamTrac на подвижном составе была достигнута договоренность относительно ее монтажа компанией Voith Turbo на рельсовом автобусе, уже оснащенном стандартным силовым агрегатом. Переоборудованный рельсовый автобус был готов к началу ходовых испытаний в марте 2011 г., однако вследствие незначительной аварии, после которой потребовалось проведение ремонтных работ, сроки осуществления проекта были сдвинуты на 3 мес. Испытания проводились при финансовой поддержке администрации земли Баден-Вюртемберг. На испытуемом рельсовом автобусе дизель и другие компоненты размещены под полом раздельно, а не в виде единой силовой установки. Выбор для испытаний именно такого подвижного состава объясняется необходимостью оценки целесообразности применения системы SteamTrac при раздельном расположении компонентов. Крепежные элементы рамы и трубопроводы контура подачи пара были установлены во время выполнения плановых работ при капитальном ремонте рельсового автобуса в начале 2011 г. Важнейшие компоненты системы SteamTrac были смонтированы в конце февраля 2011 г., затем была собрана и подготовлена к установке на существующий дизель оставшаяся часть системы. После завершения монтажа в марте-апреле прошли стационарные испытания. Затем начались эксплуатационные испытания, по завершении которых должны быть проведены испытания с пассажирами. Кроме того, начаты исследования возможности применения системы SteamTrac и в других областях, в частности на одной из электростанций в Великобритании для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии с использованием в качестве топлива биогаза. В апреле 2011 г. подобное оборудование было установлено на буксире Veerhaven, который водит баржи по Рейну между Роттердамом (Нидерланды) и Дуйсбургом (Германия). Это первый опыт применения SteamTrac на водном транспорте. Планы дальнейших разработок В то время как первые установки SteamTrac нашли применение на рынке дизельного железнодорожного подвижного состава, являющемся основным для компании Voith Turbo, специалисты компании планируют расширить сферу их использования, в том числе на магистральных локомотивах. Для этого требуются расширители большей мощности и уже ведется их разработка, однако говорить о выходе данной продукции на рынок пока преждевременно. Планируется разработка 6?цилиндрового расширителя мощностью 145 кВт, в котором будет использовано значительное количество компонентов, примененных в прежнем расширителе, в том числе такие же втулки цилиндров, поршни и клапаны, что и в двухцилиндровой версии. Возможно также создание одноцилиндрового расширителя мощностью 20 кВт для применения на установках малой мощности. К концу 2011 г. опытный образец 6?цилиндрового расширителя должен быть готов к испытаниям на действующем локомотиве, которые будут проходить в течение 6 мес. Этого срока должно быть достаточно для того, чтобы сделать вывод о его характеристиках. Для других областей применения, в частности для морского транспорта, компания Voith работает над созданием семейства расширителей мощностью до 360 кВт с увеличенными размерами цилиндров и поршней. C. Jackson. Railway Gazette International, 2011, № 5, p. 55 — 57; материалы компании Voith Turbo (www.voithturbo.com). НОВОСТИ Stadler поставит вагоны Variobahn для Лондона Транспортная администрация Transport for London заключила контракт на сумму 16,3 млн ф. ст., в соответствии с которым компания Stadler (Швейцария) должна поставить для трамвайной сети Tramlink в расположенном в южной части Лондона районе Кройдон шесть оснащенных системами кондиционирования воздуха низкопольных вагонов Variobahn. Это первый заказ компании Stadler на поставку трамвайных вагонов для Великобритании. Первый из заказанных вагонов должен быть получен к концу 2011 г. и введен в эксплуатацию весной 2012 г. Длина пятисе

Локомотивный преобразователь собственных нужд

Использование: в электротехнике в качестве преобразователя напряжения переменного тока для питания вспомогательных машин и устройств электроподвижного состава переменного тока. Сущность изобретения: локомотивный преобразователь собственных нужд содержит два идентичных входных преобразователя, параллельно подключенных к зажимам для подключения к источнику однофазного переменного тока, каждый входной преобразователь содержит импульсный преобразователь постоянного напряжения повышающего типа (ИПН), выпрямитель, между выпрямителем и ИПН подключен дроссель, к выходу ИПН подключены фильтровый конденсатор и резонансный LC фильтр, каждый из ИПН содержит два параллельно соединенных вентильных плеча, состоящих из транзисторных модулей IGBT, эмиттером подключенных к отрицательной фазе цепи нагрузки, а коллектором — к «плюсовой» цепи питания нагрузки, к коллекторной цепи каждого из ИПН анодом подключены диоды, катоды диодов и эмиттеры модулей IGBT подключены к звену постоянного напряжения, параллельно подключенного к выходным зажимам ИПН, к выходу звена постоянного напряжения параллельно подключены несколько, по крайней мере два, трехфазных автономных инверторов напряжения для питания преимущественно трехфазных нагрузок. Технический результат — расширение функциональных возможностей преобразователя путем снижения загрузки силовых полупроводниковых приборов, а также организации индивидуальных каналов питания нагрузки. 1 ил.

Локомотивный преобразователь собственных нужд, содержащий зажимы для подключения к источнику однофазного переменного тока, к которым подключен неуправляемый мостовой выпрямитель, на выходе выпрямителя подключен импульсный преобразователь постоянного напряжения повышающего типа (ИПН), между выпрямителем и ИПН подключен дроссель, к выходу ИПН подключены фильтровый конденсатор и резонансный LC фильтр, образующие звено постоянного напряжения, к выходу звена постоянного напряжения параллельно подключен трехфазный автономный инвертор напряжения для питания трехфазных нагрузок, отличающийся тем, что преобразователь содержит два идентичных входных преобразователя, параллельно подключенных к зажимам для подключения к источнику однофазного переменного тока, каждый из ИПН содержит два параллельно соединенных вентильных плеча, состоящих из транзисторных модулей IGBT, эмиттером подключенных к отрицательной фазе цепи нагрузки, а коллектором к «плюсовой» цепи питания нагрузки, к коллекторной цепи каждого из ИПН анодом подключены диоды, катоды диодов и эмиттеры модулей IGBT подключены к звену постоянного напряжения, параллельно подключенного к выходным зажимам ИПН, к выходу звена постоянного напряжения параллельно подключены несколько, по крайней мере два, трехфазных автономных инверторов напряжения для питания преимущественно трехфазных нагрузок.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава переменного тока, и предназначено, в частности, для питания вспомогательных трехфазных нагрузок.Известен локомотивный преобразователь собственных нужд переменного тока (Патент РФ № 2285328), содержащий тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к питающей сети, обмотку собственных нужд с концевыми и промежуточными выводами, преобразователь частоты, состоящий из четырех тиристоров и блока управления, соединенного своими выходами с управляющими входами тиристоров. Тиристоры соединены в две группы по два последовательно включенных тиристора и подключены к концевым выводам обмотки собственных нужд. Одна группа тиристоров включена согласно с направлением обмотки, а вторая — встречно. Асинхронный трехфазный электродвигатель подключен первой фазой к общей точке соединения тиристоров второй группы, а третьей фазой — к промежуточному выводу обмотки собственных нужд.Недостатком преобразователя является необходимость применения силовых полупроводниковых приборов и асинхронного двигателя с напряжением изоляции, равным напряжению вторичной обмотки трансформатора, что значительно ухудшает условия их работы, массогабаритные показатели и увеличивает стоимость преобразователя в целом. Кроме того, указанный преобразователь не обеспечивает резервирования питания нагрузок.Наиболее близким по технической сущности является локомотивный преобразователь собственных нужд, содержащий зажимы для подключения к источнику однофазного переменного тока, к которым подключен неуправляемый мостовой выпрямитель, на выходе выпрямителя подключен импульсный преобразователь постоянного напряжения повышающего типа (ИПН), между выпрямителем и ИПН подключен дроссель, к выходу ИПН подключены фильтровый конденсатор и резонансный LC фильтр, образующие звено постоянного напряжения, к выходу звена постоянного напряжения параллельно подключен трехфазный автономный инвертор напряжения для питания трехфазных нагрузок. ИПН и АИН выполнены на базе силовых полупроводниковых приборов — транзисторов IGBT. (Б.И.Хоменко, Г.И.Колпахчьян, И.В.Пехотский / Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС // Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО «Всеросс. научно-иссп. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИГ). — Новочеркасск, 2003. — Т.45. С.185, рис.1).Недостатком преобразователя является высокая загрузка вентилей входных преобразователей — выпрямителя и ИПН по току, отсутствие индивидуальных каналов питания нагрузки. При выходе из строя ИПН или автономного инвертора напряжения все нагрузки, в том числе ответственные, теряют питание.Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем снижения загрузки силовых полупроводниковых приборов, а также организации индивидуальных каналов питания нагрузки.Поставленная задача решается тем, что локомотивный преобразователь собственных нужд, содержащий зажимы для подключения к источнику однофазного переменного тока к которым подключен неуправляемый мостовой выпрямитель, на выходе выпрямителя подключен импульсный преобразователь постоянного напряжения повышающего типа (ИПН), между выпрямителем и ИПН подключен дроссель, к выходу ИНН подключены фильтровый конденсатор и резонансный LC фильтр, образующие звено постоянного напряжения, к выходу звена постоянного напряжения параллельно подключен трехфазный автономный инвертор напряжения для питания трехфазных нагрузок, дополнительно снабжен двумя идентичными входными преобразователями, параллельно подключенными к зажимам для подключения к источнику однофазного переменного тока. Каждый из ИПН содержит два параллельно соединенных вентильных плеча, состоящих из транзисторных модулей IGBT, эмиттером подключенные к отрицательной фазе цепи нагрузки, а коллектором — к «плюсовой» цепи питания нагрузки. К коллекторной цепи каждого из ИПН анодом подключены диоды, катоды диодов и эмиттеры модулей IGBT подключены к звену постоянного напряжения, параллельно подключенного к выходным зажимам ИПН. К выходу звена постоянного напряжения параллельно подключены несколько, по крайней мере два, трехфазных автономных инверторов напряжения для питания преимущественно трехфазных нагрузок. Нагрузкой преобразователя чаще всего могут являться трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.Положительный эффект изобретения проявляется в том, что предлагаемое техническое решение позволит снизить загрузку СПП по току за счет параллельного соединения входных преобразователей, а применение двух вентильных плеч ИПН позволяет организовать поочередную работу транзисторов параллельно соединенных вентильных плеч каждого из ИПН, что также снижает их загрузку. При этом дополнительно снижается температура нагрева корпуса силовых полупроводниковых приборов и реактивных элементов, главным образом силовых вентилей (транзисторных модулей IGBT). Все это расширяет функциональные возможности локомотивного преобразователя собственных нужд — повышает вентильную прочность СПП преобразователя. Кроме того, преобразователь содержит индивидуальные каналы питания нагрузки, что позволяет регулировать отдельные нагрузки с различным напряжением и частотой. В качестве нагрузок могут выступать, например, двигатели мотор-вентиляторов, мотор-компрессоров, маслонасосов или трехфазные трансформаторы с нулевым проводом для питания однофазных нагрузок.На чертеже показана схема локомотивного преобразователя собственных нужд.Локомотивный преобразователь собственных нужд переменного тока содержит зажимы 1 и 2 для подключения к источнику однофазного переменного тока частотой преимущественно 50 Гц, неуправляемые выпрямители 3 и 4, выполненные по мостовой схеме, подключенные параллельно к зажимам 1 и 2. На выходе каждого из выпрямителей 3 и 4 в катодную цепь подключены дроссели 5 и 6 соответственно. Параллельно выпрямителям 3 и 4 через дроссели 5 и 6 подключены импульсные преобразователи постоянного напряжения (ИПН) соответственно 7 и 8. Каждый из ИПН 7 и 8 содержит два параллельно соединенных вентильных плеча 9, 10 и 11, 12 соответственно состоящих из транзисторных модулей IGBT, эмиттером подключенные к отрицательному зажиму цепи нагрузки, а коллектором — к положительной цепи питания нагрузки. К коллекторной цепи каждого из ИПН 7 и 8 анодом подключены диоды соответственно 13 и 14. Катоды диодов 13 и 14 и эмиттеры модулей IGBT 9, 10 и 11, 12 соответственно подключены к общему минусу звена постоянного напряжения. Звено постоянного напряжения содержит фильтровый конденсатор 15 и резонансный LC фильтр 16, параллельно подключенные к выходным зажимам преобразователей постоянного напряжения 7 и 8. К выходу звена постоянного напряжения параллельно подключены несколько, по крайней мере два, трехфазных автономных инверторов напряжения 17 и 18 для питания преимущественно асинхронных двигателей, подключенных к фазным проводам соответственно 19, 20, 21 и 22, 23, 24.Преобразователь работает следующим образом. Питание локомотивного преобразователя осуществляют от источника переменного тока. Переменное напряжение, приложенное к зажимам 1 и 2, поступает на входы неуправляемых мостовых выпрямителей 3 и 4. Пульсацию выпрямленного тока на выходе выпрямителей 3 и 4 сглаживают дросселями 5 и 6 соответственно. Выпрямленное напряжение прикладывают к ИПН 7 и 8. Каждый из ИПН 7 и 8 содержит по два параллельно соединенных транзистора 9, 10 и 11, 12 соответственно. Для изменения напряжения на выходе ИПН выполняют импульсное регулирование напряжения прикладываемого к ИПН 7 и 8. С целью снижения мощности потерь и соответственно нагрева транзисторов 9, 10 и 11, 12 выполняют их поочередное включение для каждого из ИПН 7 и 8. То есть первый IGBT в каждом ИПН 7 и 8 включают для нечетных импульсов, а второй IGBT в каждом ИПН 7 и 8 включают для четных импульсов коммутации. При этом несущая частота ИПН равняется удвоенной частоте работы каждого из транзисторов и соответственно частота коммутации каждого из ИПН 7 и 8 вдвое ниже необходимой по условиям качества тока, потребляемого локомотивным преобразователем собственных нужд. В соответствии с требуемым напряжением на выходе ИПН 7 и 8 происходит повышение напряжения на выходе ИПН по сравнению с входным.Пульсации напряжения на выходе ИПН 7 и 8 сглаживают фильтровым конденсатором 15. Вторую гармонику выпрямленного тока подавляют LC фильтром 16. Диоды 13 и 14 препятствуют протеканию тока разряда конденсатора 15.Постоянное напряжение прикладывают к параллельно подключенным трехфазным автономным инверторам напряжения 17 и 18. Инвертором 17 выполняют регулирование трехфазного напряжения по частоте и амплитуде асинхронных двигателей, подключаемых к зажимам 19, 20 и 21. Инвертором 18 выполняют регулирование трехфазного напряжения по частоте и амплитуде асинхронных двигателей, подключаемых к зажимам 22, 23 и 24.ИПН могут управлять, например, способом широтно-импульсного регулирования, автономные инверторы напряжения — способом широтно-импульсной модуляции (синусоидальной или пространственно-векторной). Для снижения нагрева корпуса транзисторов IGBT каждый из транзисторов ИПН 7 и 8 работает поочередно. При выходе одного из транзисторов из строя оба ИПН 7 и 8 работают в аварийном режиме с несущей частотой, вдвое меньшей, чем в стационарном режиме. Работа второго входного преобразователя может быть сдвинута по управлению относительно фазы управления первого входного преобразователя на половину длительности интервала коммутации. Это способствует улучшению формы потребляемого тока на входе локомотивного преобразователя, приблизив ее к синусоидальной.Таким образом, предложенный локомотивный преобразователь собственных нужд позволяет улучшить условия работы СПП — снизить их загрузку по току за счет параллельного соединения входных преобразователей, а применение двух вентильных плеч ИПН позволяет организовать поочередную работу транзисторов параллельно соединенных вентильных плеч каждого из ИПН, что также снижает их загрузку. При этом дополнительно снижается температура нагрева корпуса силовых полупроводниковых приборов, главным образом транзисторных модулей IGBT, и реактивных элементов.Все это расширяет функциональные возможности локомотивного преобразователя собственных нужд — снижает загрузку силовых полупроводниковых приборов по току, преобразователь содержит индивидуальные каналы питания нагрузок.

Older posts

© 2017 setidengi.ru

Theme by Anders NorenUp ↑