Математическое моделирование электропотребления процесса рамной распиловки древесины

УДК

621.311

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.6.194

Аннотация

Составление и анализ электрических балансов промышленных объектов является одним из основных элементов комплекса работ, связанных с решением задач по экономии топлива и энергии. Электрический баланс – важная характеристика состояния электрического хозяйства предприятия, отражающая полное количественное соответствие между суммарной подведенной электроэнергией с одной стороны и суммарной полезной электроэнергией и ее потерями – с другой. Экспериментальные исследования, проведенные на ряде предприятий деревообрабатывающего комплекса, показали, что на этих производствах имеются значительные резервы экономии энергии. Их использование во многом зависит от правильной организации и технико-экономической обоснованности нормирования расходов электроэнергии. Нормированию подлежат все расходы электрической энергии на основные и вспомогательные производственно-эксплуатационные нужды, включая потери в электрических сетях. При нормировании расхода электроэнергии различают индивидуальные операционные и суммарные нормы удельного расхода. В настоящей статье предлагается подход к установлению операционной нормы удельного расхода электроэнергии при распиловке древесины на лесопильных рамах, учитывающий случайный характер размеров пиловочного сырья, а также потери электроэнергии в электрической сети. Для выполнения исследований использованы линейная модель графика потребляемой активной мощности двигателя механизма резания, а также методы теории вероятностей. В результате определены плотности распределения абсолютного и удельного расходов электроэнергии с учетом ее потерь в электрической сети, а также их числовые характеристики, установлены зависимости параметров линейной модели электропотребления от размеров пиловочного сырья и параметров работы лесопильных рам. Предложенные результаты могут быть использованы при составлении и анализе энергетических балансов в ходе решения задач нормирования электропотребления на деревообрабатывающих предприятиях. При анализе модели электропотребления было установлено, что ее показатели, являясь случайными величинами, имеют распределение, отличное от распределения Гаусса. Однако в целях упрощения дальнейшего анализа режима электропотребления плотность вероятностей была аппроксимирована нормальным законом распределения. Средняя ошибка аппроксимации не более 0,02 %. Также были получены формулы для расчета показателей электропотребления в зависимости от размеров пиловочного сырья.

Сведения об авторах

С.П. Агеев, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAB-1356-2019, ORCID: 0000-0003-0362-6722
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 190005; е-mail: doctor.mart11@mail.ru

Ключевые слова

лесопильная рама, эффективное и операционное время рабочего цикла, потребляемая активная мощность, удельный расход электроэнергии, плотность распределения вероятностей, геометрические размеры пиловочного сырья

Для цитирования

Агеев С.П. Математическое моделирование электропотребления процесса рамной распиловки древесины // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 194–201. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.194

Литература

1. Агеев С.П. Математическое моделирование процессов распиловки древесины // Изв. СПбЛТА. 2007. Вып. 179. С. 142–152. [Ageev S.P. The Mathematic Modeling of Sawing Processes. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii [News of the Saint Petersburg State Forest Technical Academy], 2007, vol. 179, pp. 142–152].
2. Агеев С.П. Энергетическая характеристика механизма резания лесопильной рамы // Лесн. журн. 2009. № 1. С. 95–100. (Изв. высш. учеб. заведений). [Ageev S.P. Energetic Characteristic of Cutting Mechanism of Frame Saw. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2009, no. 1. pp. 95–100]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/00a/00a3265c1d65935c524a4da80178d48b.pdf
3. Алексин М.В., Синев В.С., Пижурин П.А., Коперин И.Ф., Головков С.И., Павлосюк В.А. Экономия энергоресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесн. пром-ть, 1982. 216 с. [Aleksin M.V., Sinev V.S., Pizhurin P.A., Koperin I.F., Golovkov S.I., Pavlosyuk V.A. Energy Saving in the Timber and Woodworking Industry. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1982. 216 p.].
4. Аркашов Н.С., Ковалевский А.П. Теория вероятностей и случайные процессы. Новосибирск: Новосиб. гос. техн. ун-т, 2014. 237 с. [Arkashov N.S., Kovalevskiy A.P. Theory of Probability and Stochastic Processes. Novosibirsk, NSTU Publ., 2014. 237 p.].
5. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Высш. шк., 2000. 480 с. [Venttsel’ E.S., Ovcharov L.A. Theory of Probability and Its Engineering Applications. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2000. 480 p.].
6. Воскобойников Д.М. Экономическое стимулирование рационального использования электроэнергии в промышленности. М.: Энергоатомиздат, 1988. 80 с. [Voskoboynikov D.M. Economic Incentives for Efficient Electric Energy Use in Industry. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1988. 80 p.].
7. Гордеев В.И. Регулирование максимума нагрузки промышленных электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1986. 184 с. [Gordeyev V.I. Peak Demand Regulation of Industrial Electrical Grids. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1986. 184 p.].
8. Гордеев В.И., Демура А.В. Оперативная оценка погрешности регулирования максимума электропотребления // Энергетика. 1983. № 10. С. 47–50. (Изв. высш. учеб. заведений). [Gordeyev V.I., Demura A.V. Rapid Assessment of Regulation Error of Peak Electric Energy Consumption. Energetika, 1983, no. 10, pp. 47–50.].
9. Гордеев В.И., Демура А.В. Учет информации об электрических нагрузках при расчете потерь электроэнергии // Электричество. 1984. № 7. С. 61–63. [Gordeyev V.I., Demura A.V. Records of Electric Demand when Calculating Energy Losses. Elektrichestvo, 1984, no. 7, pp. 61–63].
10. Гусак А.А. Высшая математика в 2 т. М.: Тетра Системс, 2000. Т. 1. – 544 с., т. 2. – 448 с. [Gusak A.A. Advanced Mathematics. In 2 vol. Moscow, Tetra Sistems Publ., 2000. Vol. 1 – 544 p. Vol. 2 – 448 p.].
11. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. М.: Мастерство, 2001. 320 с. [Konyukhova E.А. Electricity Supply of Facilities. Moscow, Masterstvo Publ., 2001. 320 p.].
12. Михайлов В.В. Тарифы и режимы электропотребления. М.: Энергоатомиздат, 1986. 216 с. [Mikhaylov V.V. Tariffs and Electrical Energy Consumption Modes. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1986. 216 p.].
13. Михайлов В.В., Гудков Л.В., Терещенко А.В. Рациональное использование топлива и энергии в промышленности. М.: Энергия, 1978. 224 с. [Mikhaylov V.V., Gudkov L.V., Tereshchenko A.V. Sustainable Use of Fuel and Energy in Industry. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1978. 224 p.].
14. Рыкунин С.Н., Пятков В.Е. Методы составления и расчета поставов. М.: МГУЛ, 2005. 69 с. [Rykunin S.N., Pyatkov V.E. Methods of Compilation and Computation of Postings. Moscow, MGUL Publ., 2005. 69 p.].
15. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю., Яшков В.А. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высш. шк., 2001. 336 с. [Sibikin Yu.D., Sibikin M.Yu., Yashkov V.А. Electric Power Supply of Industrial Enterprises and Installations. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2001. 336 p.].
16. Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства: в 5 кн. / под ред. В.А. Веникова. Кн. 5: Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях / Т.В. Анчарова, С.И. Гамазин, В.В. Шевченко. М.: Высш. шк., 1990. 143 с. [Ancharova T.V., Gamazin S.I., Shevchenko V.V. Energy Savings at Industrial Enterprises. Book 5. Energy-Efficient Technology of Electric Power Supply of the National Economy: In 5 Books. Ed. by V.А. Venikov. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1990. 143 p.].
17. Kreisel K., Jochem E. Druckluft rationell erzeugen und nutzen. Energie effizient nutzen – Schwerpunkt Strom. Modellvorhaben und Fachartikel. Baden-Wurttemberg, Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung, 1999, S. 70–78.

Ссылка на английскую версию:

Mathematical Modeling of Electric Energy Consumption of Frame Sawing

MATHEMATICAL MODELING OF ELECTRIC ENERGY CONSUMPTION OF FRAME SAWING

S.P. Ageev, Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID: AAB-1356-2019, ORCID: 0000-0003-0362-6722
Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, ul. 2-ya Krasnoarmeyskaya, 4, Saint Petersburg, 190005, Russian Federation; е-mail: doctor.mart11@mail.ru

Drafting and analysis of electrical balances of industrial facilities is among the crucial components of a set of works driven by problem solution related to fuel and energy savings. Electrical balance is an important characteristic of the state of electric economy of an enterprise and reflects the total quantitative correlation between total delivered electrical energy, on the one hand, and total useful electrical energy and its losses, on the other. Experimental research carried out at a number of woodworking enterprises showed that these companies have considerable reserves of energy savings. Their use depends to a great extent on a proper management and engineering and economic feasibility of electric energy consumption rating. Total consumption of electric energy for basic and auxiliary production and operating needs, including electric line power losses, is a subject of regulation. Individual operation and total rates of specific consumption are distinguished in rating electric energy consumption. This article provides an approach to the setting of an operating rate of specific electric energy consumption for wood sawing with log frames, taking into account the random nature of sizes of sawing raw materials, as well as electric line power losses. In order to carry out the research, a linear model of the consumed active power curve of the cutting mechanism engine was used, as well as the probability theory methods. As a result, the distribution densities of the absolute and specific electric energy consumption are determined taking into account electric line power losses, as well as their numerical characteristics; the dependences of the linear model parameters of electric energy consumption on the sizes of sawing raw materials and the operation parameters of log frames are found. The proposed results can be used in drafting and analysis of energy balances in the course of solving the problems of rating electric energy consumption at woodworking enterprises. In the analysis of electric energy consumption model, it was found that its parameters, as the random variables, have a distribution that is different from normal distribution. However, in an attempt to simplify the further analysis of electric energy consumption mode, density of probabilities was approximated by the normal law of distribution. Average error of approximation was not more than 0.02 %. Also, calculation formulas for electric energy consumption parameters depending on the size of sawing raw materials were obtained.
For citation: Ageev S.P. Mathematical Modeling of Electric Energy Consumption of Frame Sawing. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 194–201. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.194

Keywords: log frame, effective and operation time of a working cycle, consumable active power, specific electric energy consumption, density of probability distribution, dimensions of sawing raw materials.

Поступила 20.06.19 / Received on June 20, 2019