14

Лекция 15 разработка электротехнологических процессов и проектирование электротехнологических установок

1. Основные этапы и задачи проектирования электротехнологических установок

Основная задача проектирования электротермических установок — создание электротермическо­го и электротехнического оборудования, обеспечиваю­щего достижение конечной цели технологического про­цесса с максимальной технико-экономической эффективностью и отвечающего правилам техники безопасности (ТБ) и устройства электроустановок (ПУЭ).

Техническое задание. Исходные данные для проектирования ус­тановок в конструкторских бюро представляют техническим зада­нием, выдаваемым заказчиком или родственной вышестоящей организацией. В техническом задании указывают назначение, на­пример электротермической установки, ее производительность, температурные режимы, скорость нагрева объекта и прогрева са­мой установки, условия эксплуатации, требования ТБ и ПУЭ, особенности окружающей среды, условия электроснабжения, пре­делы регулирования мощности и др.

В конструкторском бюро может быть проведен также полный расчет ЭТУ, включающий тепловой, электрический, аэродинамический, гидравлический и механический расчеты.

Агрозоотребования. При эксплуатации ЭТУ в сельс­ком хозяйстве, весьма важный фактор для правильного проекти­рования сельскохозяйственных ЭТУ — это исходные требования, отражающие агрозоотребования сельскохозяйственного производ­ства к нагревателям (или к другим технологическим аппаратам). Недостаточный их учет приводит к техническим и технологичес­ким ошибкам. Известна, например, попытка предложить одной из проектных организаций военного ведомства разработанный ею электродный водонагреватель для подводных лодок сельскохозяй­ственному производству. После одного месяца эксплуатации на селе из-за отсутствия водоподготовки регулирующее устройство водонагревателя выходило из строя, а электродная система не от­рабатывала положенный срок. К тому же, водонагреватель не имел автоматического регулирования мощности. Пришлось созда­вать новую серию водонагревателей, в значительной мере отвеча­ющих новым повышенным требованиям.

Другой пример. Комбинированная система обогрева ягнят в кошарах из-за незнания ее создателями технологии ягнения и вы­ращивания молодняка не отвечала зоотребованиям овцеводства. В результате использования указанной системы овцематку перегре­вали, был нарушен цикл вылизывания и кормления ягненка, а сам ягненок был подвержен простудным заболеваниям. И таких при­меров в сельском хозяйстве можно привести множество.

Незнание разработчиками условий работы установок и аппара­туры управления на сельском объекте приводило к необоснован­ному утяжелению оборудования и шкафов управления (с целью достижения герметизации). Это вызывало их многократное удоро­жание. В то же время, как оказывалось при монтаже, в животно­водческих постройках имелись помещения с пониженным содер­жанием влажности, корродирующих газов и других неблагоприят­ных факторов, где могло быть расположено оборудование; кроме того, не использовались современные антикоррозионные и изоли­рующие материалы.

Отметим, что агрозоотребованиям на сельскохозяйственные машины и оборудование предшествовали общетехнические и тех­нологические требования, установленные в 80-х гг. XX в. в резуль­тате обследования совхозов и колхозов.

Этими требованиями (в том числе и на электротехнологическое оборудование) были: экономичность, безопасность, надежность вработе, возможность автоматического регулирования, простота конструкции, дешевизна, комплектность, возможность ремонта в условиях мастерских хозяйств и обслуживания малоквалифициро­ванным персоналом, обеспечение высоких санитарных требова­ний и экологии.

Выработанные на основе указанных требований агрозоотребо-вания (впоследствии «Исходные требования») включают в себя следующие разделы: назначение устройства и его производитель­ность; по каким планам и заданиям ведется разработка машины или устройства (НИР; разработка, связанная с необходимостью обновления «Системы машин» и т.д.); примерная техническая характеристика устройства; дополнительные технические и тех­нологические требования; экономическая эффективность (ведет­ся сравнительный анализ на минимум ежегодных расчетных зат­рат); срок действия агрозоотребований (5 и более лет); кем (ка­кой организацией) разработаны агрозоотребования, на каком за­седании приняты, кем утверждены в МСХ РФ и в какую «Систему машин» (для животноводства или растениеводства) их представляют.

Имея агрозоотребования и техническое задание на проектирова­ние от заказчика или разработчика, можно начинать проектирова­ние, если это устроит, например, заказчика.

Патентование. Предварительно или после разработки должен быть проведен патентный поиск конструкторским бюро, самим заказчиком или вышестоящей организацией по опубликованным материалам, подтверждающий патентную чистоту будущей раз­работки, то есть отсутствие ее конструктивных, схемных, техно­логических и других решений в перечне патентов ведущих стран мира и в других патентоспособных материалах. Иногда этот по­иск проводится параллельно заказчиком и конструкторским бюро.

В этот момент должна быть подана заявка на новый патент с целью защиты разрабатываемого устройства или оборудования от конкурентов. По последним положениям патент имеет определен­ный срок действия и в случае необходимости его продления нуж­ны дополнительные финансовые затраты.

Финансирование разработок. При плановой системе в бывшем СССР разрабатываемое оборудование предполагалось выпускать в обязательном порядке серийно за счет государства. Разрабатывае­мая машина должна была быть включена в перечень «Системы ма­шин», где старые машины со временем заменялись новыми, более экономичными и производительными. Наличие ее в этом списке на момент проектирования было крайне желательным. При этом отметим, что «Системы машин» были не только в РСФСР, но и в других ведущих республиках бывшего СССР.

При наличии разработки в перечне «Системы машин» Мини­стерство сельского хозяйства РСФСР могло дать к началу проектирования нового образца заявку на ее изготовление, например, на заводах Сельхозтехники в виде опытной или серийной партии или образцов определенного количества. Эта заявка учитывалась Госпланом РСФСР или республики и включалась в план выпуска завода в определенном году.

В рыночной системе выпуск новой продукции должен осуществ­ляться главным образом за счет заинтересованных организаций, фирм или объединений (государственных или частных) или от­дельного лица.

Проектирование. При проектировании нового ЭТУ или другой электротехнологической установки (при наличии всех данных за­явки, патентного поиска и др.) на первом этапе должно осуществ­ляться прочерчивание разработки. Сам эскиз установки к этому мо­менту может быть представлен заранее заказчиком или ведущим специалистом вышестоящей организации.

В ответственных разработках кроме самого конструктора-ис­полнителя и руководителя отдела КБ должен участвовать предста­витель заказчика или вышестоящей организации. В противном случае дело может обстоять так, что даже при наличии подробной заявки и эскиза конструкторским бюро по представленным дан­ным может быть спроектирована машина совершенно иного пла­на, габарита, схемного решения, не отвечающая часто первона­чальному назначению.

При проектировании следует руководствоваться документами ЕСКД, ГОСТами, СТП и другими инструкциями, регламентирую­щими также использование комплектующих изделий, материалов и сортаментов (например, в электротермическом оборудовании вместо специальных ТЭНов — обычные, вместо титана — нержа­веющая сталь и т. п.).

Говоря об общих задачах расчета и проектирования, следует от­метить, что при создании новых машин появляются новые мето­дики расчетов, из которых предпочтительнее методики инженер­ных расчетов, хотя наличие современных компьютеров позволяет использовать и сложные теоретико-эмпирические зависимости.

Одна из задач проектирования — обоснование технологической оснастки изготовления и использования источников питания но­вого электротехнологического оборудования. Выбор последних важен и часто связан с использованием новых электронагрева­тельных и изоляционных материалов.

Необходимы также проектные решения по обеспечению требу­емой надежности оборудования и безопасности обслуживающего персонала.

В качестве иллюстрации к вышесказанному следует напомнить об описанных электрообогревателях ягнят ЭОЯ-0,15-220 и мане­жах ЭМ-0,36-220, в которых использованы современные электро­технические и изоляционные материалы, позволившие перейти с напряжения питания 36 на 220 В установок, работающих в услови­ях повышенной опасности.

Изготовление образца и его испытания. После завершения про­ектирования новой ЭТУ изготовляют опытный образец устрой­ства (иногда макетный образец) и проводят его лабораторные и хозяйственные испытания.

В хозяйственных испытаниях участвуют представители заказ­чика, КБ и министерства, но главные испытания — это государ­ственные или ведомственные приемочные испытания, проводимые машиноиспытательными станциями (МИС).

На указанные испытания представляют саму установку, доку­ментацию, запчасти и необходимый инструмент (ключи, отверт­ки, приспособления для настройки). В документацию входят пас­порт и инструкция по эксплуатации; исходные требования; заявка на изготовление новой установки; протокол хозяйственных испы­таний; в случае необходимости — вся конструкторская документа­ция, включающая комплект чертежей.

МИС проводит испытания по программе и методике, согласо­ванной с заказчиком. Результаты испытаний в виде протокола ис­пытаний рассматривают на соответствующих научно-технических советах, например НТС МСХ РФ, где выносят решение о возмож­ности постановки изделия на производство и утверждают завод-изготовитель.

Далее Госстандарт на основании протокола МИС и решения НТС о постановке на производство нового электротехнологичес­кого оборудования регистрирует проект технических условий на изготовление и передает его заводу-изготовителю.

Только при наличии всего вышеуказанного заводом возможен выпуск опытной (установочной) партии оборудования.

Расчет экономических показателей. В заключение следует сказать, что разработка новых электротехнологических процес­сов чаще всего базируется на новом электротехнологическом оборудовании. Однако часто бывает и наоборот, когда совер­шенствование установок или оборудования по ряду параметров приводит к возникновению нового электротехнологического процесса.

При проектировании нового электротехнологического процес­са сравнивают эксплуатационные расходы как для существующе­го, так и для проектируемого процессов.

Годовой экономический эффект, руб/год, по процессу прибли­женно может быть определен по выражению

Э_Г = И ± Д, (2.159)

И = И₁ — И₂— сокращение годовых эксплуатационных расходов, руб/год; Д — дополнительный доход или убыток, связанный с использованием нового электротехнологического процесса, руб/год.