Створення узагальненої моделі теплових процесів пмп за методом прямої аналогії

Існує багато побутових машин та приладів (ПМП), в яких теплові процеси забезпечують виконання основних функцій. Наприклад, кондиціонери, холодильники й морозильники, пароварки, мікрохвильові печі, посудомийні та пральні машини, електропраски тощо. Крім того, під час роботи ПМП виділяється теплота, що являє собою втрати енергії, які виникають при взаємному перетворенні механічної та електричної енергії. Експлуатація такої техніки зв’язана з використанням значної кількості електричної енергії.

Головною метою роботи є створення узагальненої моделі для дослідження процесів нагрівання та охолодження, що дозволить більш правильно визначати конструктивні параметри та прогнозувати роботоздатність ПМП, що проектуються, зменшення енерговитрат тощо.

Для досягнення поставленої мети в роботі використовується метод електротеплових аналогій. В основі цього методу лежать рівняння-аналоги до законів Кірхгофа для електричної схеми: рівняння рівноваги в вузлах підсистеми Σ Qі = 0 (де Qі – тепловий потік) та рівняння неперервності ΣТк = 0 (Тк – перепад температур). Основними компонентами теплових процесів є аналог електричної ємності – теплоємність та аналог електричного опору – теплові опори. У відповідності до алгоритму побудови еквівалентних схем теплових систем розроблена узагальнена структурна модель (рис. 1).

Узагальнена модель теплових процесів
Узагальнена модель теплових процесів

На схемі використані наступні позначення: Іі(t) – джерело тепла; Сі – теплоємність; RіΣ – сумарний тепловий опір (за рахунок теплопровідності, випромінювання, конвекції).

Не обов’язково модель буде виглядати саме так як наведено на рис. 1. Структурна модель передбачає як розширення так й звуження в залежності від поставленої задачі; певні складові будуть додаватися, або навпаки видалятися. Модель буде змінюватися залежно від того, які складові присутні в досліджуваному приладі і який між ними існує взаємозв’язок.

На основі створеної моделі розроблено еквівалентні схеми та математичні моделі у вигляді системи диференційних рівнянь (СДР) для електропраски та посудомийної машини. Рішення СДР здійснено в середовищі комп’ютерної програми SimuLink. Аналіз отриманих результатів підтвердив адекватність створених моделей.

Використання створеної узагальненої моделі дозволяє виконувати аналіз перехідних теплових процесів в ПМП, ефективно визначати вплив параметрів теплоносіїв та теплоізоляції на теплові процеси, вдосконалювати системи автоматичного регулювання.

Дослідження технологічних режимів кавоварки

З моменту винаходу першого агрегату для приготування міцного напою бадьорості пройшло вже більше двохсот років. За цей час пристрої встигли змінитися, стати доступними майже кожному і зручними в щоденному користуванні. З приходом кавоварок в життя людей, з’явився такий вид кави як еспресо, а за ним — всі інші різновиди кавових напоїв. Першим пристроєм для приготування кави, яке прийшло на зміну туркам, став апарат крапельного типу. З’явився він на світ завдяки французькому священику, який придумав конструкцію, де вода пропускається через фільтр з кавовим порошком. Через деякий час така кавоварка була трохи вдосконалена — пристрій міг перевертатися. Такий машині дали ім’я «фільтраційна».

Двадцять років кавомани користувалися таким пристосуванням, після чого була винайдена гейзерная кавоварка, в 1927 році, яка використовувала потік пару, який проходив через мелену каву. Видатні кавоварки еспресо, які готували каву за допомогою тиску пари, з’явилися в 1901 році, в Італії. Були вони досить громіздкі і призначалися суто для професійних закладів, які спеціалізувалися на приготуванні кави. Процес розробки кавоварок був довгим і досить складним, але завдяки цьому, купити кавоварку і готувати каву тепер можна в домашніх умовах, всього одним натисканням на кнопку на панелі управління.

Класична кавоварка складається з наступних елементів.

1.Ємність з водою. 2.Помпа. 3.»Бункер» для зберігання кави, і його автоматичної подачі в вузол перемелювання. 4.Вузол кавомолки. 5.Бойлер. 6.Паровий краник і автоматичний капучинатор. 7.Ємність збору використаного порошку кави. 8.Піддон для випадкового зливу води.

Якість помолу кави впливає на час екстракції смакових речовин: при дрібному (тонкому) помолі процес екстракції відбувається швидше, тому для приготування еспрессо дрібний помол більш кращий, тому що час контакту води з кави мінімальний. Якщо ж кавоварка використовується в основному для приготування кави американо, то помол може бути рекомендований трохи більший. Слід враховувати, що якість помолу найбільшою мірою впливає на смаковий букет при якому готується кава: при занадто великому — не відбувається в належній мірі екстракція смакових речовин, і кава стає «водянистою», при занадто дрібному помолі напій набуває зайвої гіркоти, крім того, через дуже дрібний помол повільніше проходить вода або взагалі не проходить і, відповідно, кава не готується. Тому рекомендується вибирати помол в межах середніх значень, які дозволяють виявити  в каві свої найкращі смакові якості і зберегти працездатність кавомашини.

Таким чином ступінь помолу зерен кави визначається не тільки тривалістю помолу але  й впливає на його смакові якості. Тому в даній роботі визначався зв’язок між частотою обертання жерен кавомолки і ступенем її завантаження з якістю помолу з одної сторони і зниженням витрат електроенергії з іншої.

Студ. Р.Л. Петрик

Наук. керівник  проф. О.П. Бурмистенков

Підвищення ефективності побутового компресійного холодильника

Побутові компресійні холодильники ( ПКХ)  є основними споживачами електроенергії  в будинку.  Підвищення ефективності ПКХ  може бути досягнуто при підвищенні ефективності теплообмінних процесів у випарнику і конденсаторі.

Ефективність конденсатора можливо підвищити за рахунок збільшення швидкості теплообміну.  Це досягається шляхом застосування  вентилятора для примусової циркуляції повітря. Також для збільшення корисного об’єму холодильника доцільно перемістити конденсатор з задньої його стінки до компресора. В даному випадку з конструктивних міркувань ми можемо використати два типи конденсаторів : ребристо трубний та листотрубний.

За рахунок переміщення конденсатора ми можемо застосовувати активний спосіб охолодження  за допомогою одного вентилятора одночасно як для конденсатора так і для компресора.

Схема розміщення ребристо-трубного конденсатора
Схема розміщення ребристо-трубного конденсатора

Переміщення конденсатора з задньої стінки до компресора  допоможе збільшити корисний об’єм холодильника а застосування примусового охолодження конденсатора  і компресора  призведе до збільшення зносостійкості та зменшення температури що в свою чергу призведе до зменшення споживання електроенергії.

Студ. І. А. Кузьмич

Наук. керівник професор, д.т.н. Петко І. В.

Розробка лабораторного стенду для дослідження фізико-механічних властивостей полімерних деталей побутової техніки

Фізико-механічні властивості відносяться до числа основних характеристик, що визначають надійність і довговічність деталей механізмів і машин. У процесі роботи деталі машин схильні до різних видів навантажень. Для того, щоб визначити працездатність сплавів в різних умовах навантаження, проводять їх випробування на розтяг, стиск, згин, кручення тощо. Вимірювання при одноразовому короткочасному навантаженні є найбільш доцільними вимірюваннями механічних властивостей пластмас. До цієї групи належать випробування на розтяг, стиск, згин, твердість і багато інших, в ході яких виконується навантаження зразка до руйнування або до заданого значення напруги (деформації). Зв’язок між напругою, деформацією, температурою і часом виражається графічно у вигляді діаграми напруження — деформація, яка, як правило, відповідає одній температурі випробування.

Найбільш доцільним є режим деформування з постійною швидкістю деформації або навантаження, створення якого – серйозне методичне завдання.

Експеримент проведено на спеціально розробленому лабораторному обладнанні, виконаному на базі розривної машини РВ-3. До зажимів розривної машини закріплюється полімерний зразок та тензодатчик, виводні клеми якого під’єднані до автоматичного самопишучого потенціометра ПС1-04. Самописець будує графік залежності видовження полімерного зразка від прикладеного розтягуючого зусилля. Із побудованих графіків видно, що під зростаючим зусиллям, видовження відбувається за одним законом, а після границі, точки С, жорсткість матеріалу суттєво знижується, тобто для подальшого видовження необхідне менше наростаюче навантаження.

Діаграма розтягу поліетилену низької густини
Діаграма розтягу поліетилену низької густини: ε – видовження матеріалу, %; σ – навантаження, МПа.

Встановлення закономірностей видовження по довжині дозволить прогнозувати експлуатаційні властивості деталей, виготовлених з досліджуваного матеріалу. У подальшому планується провести експеримент на згин, що дозволить визначити залежність деформації від поперечного навантаження.

Студ. В. М. Юрченко

Наук. керівник доц. Т. І. Кулік

Розробка електричної схеми установки для подрібнення відходів гумових виробів з контролем технологічних параметрів

Для подрібнення відходів із гуми широко застосовують роторні дробарки. Привод робочого органу – ротору в таких дробарках здійснюється за допомогою асинхронного трифазного двигуна. Ефективність роботи роторної дробарки визначає електропривод, що забезпечує необхідну частоту обертання ротора та подачу матеріалу в зону подрібнення. Робота присвячена розробці асинхронного електропривода з системою контролю частоти обертання ротора та витрати потужності в процесі подрібнення. Один із можливих варіантів електричної схеми такої установки показано на рис. 1. Схема складається з трифазного асинхронного двигуна М, який ввімкнений в трифазну мережу напругою 380 В через автомат QF. Для пуску двигуна М слугує магнітний пускач КМ. Котушка магнітного пускача КМ  ввімкнена послідовно з кнопковими вимикачами SB1та SB2.

Електрична схема установки для подрібнення відходів гуми з контролем технологічних параметрів
Електрична схема установки для подрібнення відходів гуми з контролем технологічних параметрів

Натисканням  кнопок SB1 та SB2 вмикається та вимикається коло котушки магнітного пускача КМ, який підключає трифазний двигун М до мережі живлення.

Подрібнення відходів в роторній дробарці відбувається при змінній витраті електроенергії, що обумовлений характером завантаження. Для контролю витрати електроенергії використано вимірювальний тракт, що містить  вимірювальний трансформатор струму Т1, аналого-цифровий перетворювач та комп’ютер, на якому відображується зміна потужності.

Для контролю частоти обертання ротора встановлено трифазний синхронний тахогенератор ТХГ, який з’єднаний з покажчиком тахометра ТМ. Покажчик тахометра ТМ показує частоту обертання ротора установки.  Вихідна напруга тахогенератора також подається через діодний місток VD на інший канал аналого-цифрового перетворювача. Сигнал з вихода АЦП подається на комп’ютер, який будує графік частоти обертання в реальному часі.

Маг. О.З. Гладчук,

Наук. керівник проф. О.П. Бурмістенков (КНУТД)

Дослідження сил, що впливають на витривалість та довговічність центрифуг

Центрифуги – це машини, які мають швидкообертові деталі. При їх конструюванні та експлуатації необхідно враховувати сили, що виникають при центрифугуванні, критичні режими і умови їх динамічної нестійкості.

Сили, що діють на центрифугу, виникають в результаті її обертового руху та коливань. Центифуги повинні відповідати вимогам довговічності та безпеки. Надійність забезпечується необхідним строком довговічності. Для визначення довговічності конструкції необхідно визначення сил, які на неї діють.

Конструкція центрифуги є такою, що жорсткість вала електродвигуна, на який насаджена центрифуга, у багато разів більша ніж жорсткість опор. Через це вал можна рахувати абсолютно жорстким.

Розглянемо систему, яка складається з вертикального вала і конусного бака, що жорстко закріплений на ньому. Вал обертається з кутовою швидкістю Ω.

У будь-який момент часу на тіло діє сила тяжіння G=mg та відцентрова сила інерції Fe=mω2. Рівнодіюча сил направлена перпендикулярно твірній конуса. При осях координат: X — паралельнотвірнійкорпуса, Y– перпендикулярно, розглянемопроекції сил на вісь Х:

X = -P⋅cosα + F⋅cos(900-α)

При використанні другого закону динаміки, запишемо диференційне рівняння керування рухом тіла вздовж осі Х, проведемо математичні перетворення і прийдемо до диференційного рівняння другого порядку:

C1таC2 — постійніінтегрування.

Проаналізувавши початкові умови можна скласти і вирішити систему рівнянь і отримати постійні інтегрування.

При цьому, момент, що діє на корпус і намагається його перекинути буде рівним:

M = R⋅x

де R – результуюча сил.

Підставивши в момент визначені раніше значення отримаємо:

Цей момент в сукупності з неоднорідністю матеріалу призводить до зношування обертових частин центрифуги, суттєво зменшується ресурс роботи підшипників. Для підвищення витривалості, довговічності центрифуг та зменшення шкідливого впливу моментів зазвичай використовуються демпфери або еластичні підвіси. В подальшому для нейтралізації впливів такого виду пропонується аналіз та дослідження перехідного періоду при зміни навантаження в центрифузі, розгляд критичних вібрацій та стрибків з перспективою розробки автоматизованої системи керування.

аспірант О.Ю. Воляник

наук. керівник проф. І.В. Петко

Розроблення лабораторного стенда для дослідження побутового кондиціонера

Різноманітні, у тому числі і нагрівачі (калорифери) якими здійснюють підігрів у міжсезоння накручують лічильники електроенергії, сушать повітря і їх робота без постійного нагляду може призвести до ряду негативних наслідків: виникнення пожеж, оплавлення проводки помешкань, виникнення труднощів з диханням у алергеків тощо.

Як показала практика оптимальним вирішенням цього комплексу питань є встановлення систем кондиціювання повітря — кондиціонерів.

З метою вдосконалення конструкції побутового кондиціонера було здійснено: проаналізовано сучасний рівень побутової техніки, аналітично і експерементально досліджено розподілення температури та ефективність використання електроенергії при охолодженні повітря в приміщенні.
Читать далее «Розроблення лабораторного стенда для дослідження побутового кондиціонера»

Безпровідне управління мікрокліматом у приміщені

На мікроклімат у приміщені впливає ряд факторів, які необхідно врахувати при побудові автоматизованої системи управління. Для регулювання мікроклімату використовуються різні види електропобутової техніки, такі як – кондиціонери, вентилятори, осушувачі, зволожувачі, очищувачі, комбіновані прилади та інші. Вся кліматична електропобутова техніка споживає чи багато електроенергії, через наявність у них нагріваючих чи охолоджуючих елементів.

Підтримувати параметри мікроклімату без автоматизації складно, оскільки людина не може чітко реагувати на зміну цих параметрів.Для того щоб виключити «людський фактор» слід використовувати автоматизовану систему управління мікрокліматом.
Читать далее «Безпровідне управління мікрокліматом у приміщені»

Запрошуємо на навчання

141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
Освітня програма бакалавра:
«Електромеханіка»
Освітня програма магістра:
«Електропобутова техніка»

Конкурсні предмети у сертифікаті Українського центру оцінювання якості освіти:

1. Українська мова та література
2. Математика
3. (Фізика) (Іноземна мова) (Історія України)

У 2015 році держзамовлення складало 25 місць

Адреса: м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2,
навчальний корпус 1, 2 поверх, кімната 1-0228
Телефон для довiдок: 0979765576, 0632457402 e-mail: pk@knutd.edu.ua
Завідувач кафедри: Злотенко Борис Миколайович. Телефон 0967944106

Кафедра електромеханічних систем