tech-2022_04(97)

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Таблица 1. Результаты расчета целевой функция критерия оптимальности подогрева смеси 30%Н+70%ГК парами тяжелой нафты в теплообменнике 10Е-03 при Gо = 105508 кг/ч, Gд= 61898 кг/ч и tкн = 165 оC № tтн , Δtср, K , Вт/(м2оС) F, Ат F., сум/кг СэNн+AнNн, Cуд , сум/кг п/п оС оС м2 сум/кг 1 49,0 82,48 131,94 390,68 214,619 250,456 476,67 2 52,5 81,08 132,02 397,20 218,201 250,456 480,44 3 56,0 82,50 132,09 390,16 214,332 250,456 476,36 4 59,5 80,75 132,17 398,39 218,855 250,456 481,13 5 63,0 79,00 132,24 406,99 223,580 250,456 486,1 6 66,5 77,25 132,31 415,99 228,522 250,456 491,32 7 70,0 75,50 132,38 425,40 233,694 250,456 496,77 8 73,5 73,75 132,45 435,27 239,114 250,456 502,49 9 77,0 72,00 132,52 445,62 244,799 250,456 508,48 10 80,5 70,25 132,59 456,48 250,769 250,456 514,77 11 84,0 68,50 132,65 467,91 257,046 250,456 521,39 12 87,5 66,75 132,72 479,94 263,655 250,456 528,35 13 91,0 65,00 132,78 492,62 270,622 250,456 535,70 14 94,5 63,25 132,85 506,01 277,976 250,456 543,45 По данным табл. 1 построены кривые изменения повышения ее температуры 49÷96 оC при постоянной температуре конденсации паров тяжелой нафты tкн = удельной технологи-ческой себестоимости Суд по- 165 оС (рис. 1). догрева нефтегазоконденсатной смеси в диапазоне C, сум / кг 550 535 520 505 490 475 49 59 69 79 89 t, ⁰C 99 Рисунок 1. Изменение удельной себестоимости Суд подогрева нефтегазоконденсатной смеси парами тяжелой нафты в теплообменнике 10Е-03 от повышения температуры смеси t при Gо= 105508 кг/ч, Gд= 61898 кг/ч и tкн = 165 оС Как видно из рисунка 1, с повышением темпера- По данным таблицы 1 также построена зависи- туры смеси удельная технологическая себестои- мость ее подогрева Суд в аппарате интенсивно растет мость изменения удельной технологической себес- от 476,67 до 543,45 сум/кг с криволинейной законо- мерностью. Скачок вели-чины Суд в начальной тоимости Суд подогрева смеси от величины поверх- участке кривой поясняется изменением гидродина- ности нагрева теплообменника Fа (рис. 2). Как видно мического режима потока в аппарате от значения из рисунка 2, с увеличением потребной поверхности перепада температуры Δtср между теплоносителями. нагрева аппарата Fа в пределах от 391 до 506 м2 уде- льная себестоимость подогрева смеси Суд в нем ин- тенсивно растет по наклонной кривой от 476,7 до 543,5 сум/кг. 14

№ 4 (97) апрель, 2022 г. C , сум/ кг 535 515 495 475 390 410 430 450 470 490 F, м² 510 Рисунок 2. Изменение удельной себестоимости Суд подогрева нефтегазоконденсатной смеси парами тяжелой нафты от величины поверхности нагрева Fа теплообменника 10Е-03 при Gо= 105508 кг/ч, Gд= 61898 кг/ч, tвх = 49 оС и tвых = 96 оС Характер изменений составляющих удельную количестве Gо = 105508,3 кг/ч потребуется Nн = 16,1 кВт мощности. При себестоимости электро- себестоимость подогрева рабочей смеси Суд в тепло- энергии Сэ = 440,52 сум/кВт для промышленных обменнике - энергетических затрат для осуществле- предприятий, энергетические затраты для осуществле- ния процесса Э = СэNн+AнNн и амортизационных ния процесса подогрева смеси в аппарате составляют отчислений на оборудования А = АаFа отражено на рисунке 3. Анализ значений этих составляющих постоянную величину Э = 250,456 сум/кг (кривая 2 себестоимости подогрева смеси сводится к следую- рис. 3). щему. Для перекачки смеси по трубкам аппарата в Рисунок 3. Изменение энергетических затрат Э и амортизационных отчислений А при подогрева нефтегазоконденсатной смеси парами тяжелой нафты в теплообменника 10Е-03 при Gо= 105508 кг/ч и Gд= 61898 кг/ч 15

№ 4 (97) апрель, 2022 г. В данном случае величина амортизационных от- Заключение. Таким образом, благодаря исследо- числений на теплообменник А, которая зависит ванию целевой функции оптимальности подогрева от режима его работы, интенсивно возрастает по нефтегазоконденсатной смеси в кожухотрубчатом наклонной кривой от 214,62 до 277,98 сум/кг (кри- аппарате выявлены оптимальные величины техно- вая 1 рис. 3). По нашему мнению точка пересечений логических параметров процесса в промышленном кривых 1 и 2, где значение F = 445 м2, Э = 250,5 теплообменнике 10Е-03 Бухарского НПЗ: F = 445 м2, сум/кг, А = 244,8 сум/кг, Суд = 508,5 сум/кг и темпе- А = 245,8 сум/кг, Э = 250,5 сум/кг, Суд = 508,5 сум/кг ратура нагретой смеси на выходе из аппарата tвых и t = 77,0 оС. Предложенная методика оптимизации =77,0 оС, характеризуют оптимальные условия экс- подогрева нефтегазоконденсатного сырья позволяет плуатации теплообменника 10Е-03 при заданной его проводить анализ энергетической (тепловой) эффек- производительности Gо = 105508,3 кг/ч. тивности применяемых теплообменников в трех блоках тепловой подготовки углеводородного сырья к первичной перегонке, а также подобрать наиболее эффективные режимы их эксплуатации. Список литературы: 1. Глаголева О.Ф., Капустин В.М., Гюльмисарян Т.Г. и др. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть I. Первичная переработка нефти/ Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2006. - 400 с. 2. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. Учебное пособие для вузов. 2-е изд. - М.: Химия, 2001. - 568 с. 3. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. Изд. второе, перераб. и доп. - М.: Химия, 1975. - 576 с. 4. Худайбердиев А.А. Интенсификация подогрева нефтяного сырья. Монография. - Ташкент: Navroz, 2019. - 213 с. 5. Худайбердиев А.А. Оптимизация процесса нагревания углеводородного сырья в трубчатом теплообменном аппарате// Химическая технология и экология в нефтяной и газовой промышленности: Материалы III Между-народной НПК: Булатовские Чтения: Сборник статьей/ Под общ. ред. проф. О.В. Савенок. В 5 т. - Краснодар: Юг, 31 марта 2019. - Т.4. - С.144-146. 6. Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов И.М. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: учебное пособие/ Под ред. С.А. Ахметова. - СПб.: Недра, 2006. - 868 с. 7. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазоперера- ботки и нефтехимии: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ООО \"Недра-Бизнесцентр\", 2000. - 677 с. 8. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/ Под ред. П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с. 9. Khudayberdiev A.A., Rakhimdjanova Sh.S. Technique for refined calculation of heat exchange during condensation of vapors of fractions of oil and gas condensate mixture in the shell and pipe apparatus. Scientific and technical journal of Namangan institute of engineering and technology. – Namangan, 2021. - Vol 6 Issue (4) 2021. - р. 126-133. 10. Технологический регламент установки атмоферной перегонки смеси газоконденсата и нефти и фракциони- рования гидроочищенной нафты Бухарского НПЗ. - TR 16472899-001: 2009. 11. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газ: учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - СПб.: Недра, 2013. - 544 с. 12. Рабинович Г.Г., Рябых П.М., Хохряков П.А. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтеперера- ботки: Справочник/ Под ред. Е.Н. Судакова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 568 с. 13. Григорьев Б.А., Богатов Г.Ф., Герасимов А.А. Теплофизические свойства нефти, нефтепродуктов, газовых конденсатов и их фракций/ Под общ. ред. проф. Б.А. Григорьева. - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 372 с. 16

№ 4 (97) апрель, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.97.4.13542 МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИКИ ПРОЦЕССА ПОДОГРЕВА НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОЙ СМЕСИ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ НАФТЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ КОЖУХОТРУБЧАТОМ АППАРАТЕ Худайбердиев Абсалом Абдурасулович д-р техн. наук, научный сотрудник Института общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан г. Ташкент E-mail: [email protected]. Рахимжанова Шахноза Саиданваровна докторант Ташкентского химико-технологического института МВиССО РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]. Шомансуров Фозилбек Фаттох угли докторант Института общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]. Шафоатов Нуриддин Фахриддин угли магистрант Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент SIMULATION OF THE STATICS PROCESS OF HEATING THE OIL AND GAS CONDENSATE MIXTURE DURING THE CONDENSATION OF NAPHTHA VAPOR IN A HORIZONTAL SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGER Absalom Khudayberdiev Doctor of Technical Sciences, Researcher at the Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent Shakhnoza Rakhimjanova Doctoral student of the Tashkent Chemical-Technological Institute of the Ministry of Higher Education and Science of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent Fozilbek Shomansurov Doctoral student of the Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent Nuriddin Shafoatov Master student of the Tashkent Institute of Chemical Technology. Uzbekistan, Tashkent __________________________ Библиографическое описание: МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИКИ ПРОЦЕССА ПОДОГРЕВА НЕФТЕГАЗОКОН- ДЕНСАТНОЙ СМЕСИ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ НАФТЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ КОЖУХОТРУБЧАТОМ АППАРАТЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Худайбердиев А.А. [и др.]. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13542

№ 4 (97) апрель, 2022 г. АННОТАЦИЯ Приведены основные результаты математического моделирования статики процесса подогрева нефтегазоко- нденсатной смеси 30%Н+70%ГК от 49 оС до 96 оС парами нафты в горизонтальном кожухотрубчатом аппарате. Построена кривая распределения температуры смеси по длине трубного пучка теплообменника. Показано, что при заданной производительности по сырью 105508 кг/ч теплообменник имеет запас поверхности нагрева 58,3 %, что указывает на возможность дальнейшего увеличения расхода подогреваемой смеси в два раза. ABSTRACT Presented the main results of mathematical modeling of the statics of the process of heating the oil and gas condensate mixture 30% O + 70% OG from 49 °C to 96 °C with naphtha vapor in a horizontal shell-and-tube apparatus. The mixture temperature distribution curve along the length of the heat exchanger tube bundle is constructed. It is shown that at a given raw material productivity of 105508 kg/h, the heat exchanger has a heating surface margin of 58.3%, which indi- cates the possibility of a further increase in the consumption of the heated mixture by a factor of two time. Ключевые слова: нефть, газоконденсат, перегонка, фракция, нагревание, теплообменник, теплопередающая труба, поверхность нагрева, производительность, математическая модель. Keywords: oil, gas condensate, distillation, fraction, heating, heat exchanger, heat transfer pipe, heating surface, productivity, mathematical model. ________________________________________________________________________________________________ Введение. Тепловая подготовка (подогрев) вышению точности расчетов коэффициента тепло- нефтегазоконденсатного сырья к перегонке осуществ- передачи в аппаратах. В этом аспекте разработка ре- ляется в кожухотрубчатых теплообменных аппара- комендаций по проектированию эффективных кон- тах за счет съема тепла горячих потоков дистилля- струкций трубчатых аппаратов на основе анализа тов фракций, циркуляционных орошений и мазута, распределения температуры подогреваемого сырья выходящих из сложной ректификационной колонны по длине теплопередающих труб [6,7] представляет установки первичной перегонки нефти [1-3]. Кожухо- научно-практический интерес. трубчатые аппараты из-за простоты конструкции и высокой надежности при эксплуатации широко при- Методы. Анализ эффективности работы тепло- меняются на предприятиях нефтепереработки и обменных аппаратов для нагревания сырья можно нефтехимии. Однако эти аппараты имеют большие осуществлять путем математического моделирова- габариты и массу (диаметр корпуса 0,63÷1,8 м, ния статики процесса, с учетом их производительно- длина трубок 6÷11 м, масса до 35÷40 т) из-за низкой сти G и температуры сырья на выходе tвых [8,9]. эффективности в них теплопередачи (50÷200 Вт/м2.К) [4-6]. Здесь следует отметить, что в литера- На основании анализа теплообмена, протекаю- туре отсутствуют научно-обоснованные сведения о щего внутри теплопередающих труб, нами получена влиянии свойств углеводородного сырья и теплоно- следующая математическая модель статики про- сителей на эффективность теплопередачи в тепло- цесса подогрева углеводородного сырья в горизон- обменниках. Помимо этого, учет непрерывного тальном трубчатом аппарате [9], включающей в себя изменения показателей физических и теплофизи- выражений изменения температуры сырья t по ческих свойств теплоносителей от температуры и длине горизонтальных труб l (1) и показателей его их распределения по длине труб способствует по- физических и теплофизических свойств - теплоем- кости (2) и плотности (3): G d(сt)/dl = 2 dвнn (tст - t), (1) (2) cр = 1,5072+ Т − 223  (1,7182 − 1,5072420 ) ; 100 (3) 4t = 1000420 − 0,58 (t − 20) − [t − 1200(  20 − 0.68]  (t − 20)  20 4 4 1000 ; t ≤ tзад. (4) где G - расход сырья, определяется из материального ваемой жидкости, Вт/(м2.оС); tст - температура внут- баланса процесса перегонки, кг/с; Т = t + 273,15 - температура жидкости, К; с - теплоемкость сырья ренней поверхности стенки труб, оС;  20 - плотность при его температуре t, Дж/(кг оС); dвн - внутренний 4 диаметр труб, м; n - число труб в аппарате, шт.; 2 - сырья при 20 оС, кг/м3. коэффициент теплоотдачи от стенки труб к нагре- Температура подогрева углеводородного сырья t принимают в соответствии с требованиями техноло- гического регламента нефтеперегонной установки НПЗ [10]. Температура стенки трубок tст зависит 18

№ 4 (97) апрель, 2022 г. от температуры горячего теплоносителя (паров и относительной плотности  15 можно определить 15 фракций в жидком или фазовом состояниях). Значение коэффициента теплоотдачи от стенки по формуле Крэга [1,2]: труб к нагреваемой жидкости α2 в аппарате опреде- гкн = 0,00117 (1,1474 − 0,00054Т ) . (11) ляется по известной методике [6,11-13] в следующей 15 последовательности, используя опытные данные по физическим и теплофизическим свойствам нефтега- 15 зоконденсатного сырья [6,7]. Численные значения показателей физических и Средняя скорость потока сырья в трубках аппарата теплофизических свойств сырья [6] рассчитывают υ (м/с) определяется по выражению [12,13]: при средней его температуре tср = 05 (tвх+ tвых). υ = z·4G/(3600πdвн2nρ), (5) Предложенная модель процесса (1-4) позволяет спроектировать кожухо-трубчатый теплообменник где z - число ходов потока в трубном пространстве с оптимальной поверхностью нагрева на основе аппарата. распределения параметров процесса, в частности температуры теплоносителей по его длине тепло- Режим вынужденного движения потока сырья передающих труб или же анализировать степень в трубках конденсатора устанавливается по значе- технологической эффективности эксплуатируемого аппарата. нию критерия Re [11,12]: Расчет процесса нагревания углеводородного Re = υ dвн  / = υ. dвн / ν. (6) сырья в теплообменнике ведут до температуры t  tвых, где ν и  - кинематический (м2/с) и динамический обеспечивающей достижение необходимой темпе- (Па с) коэффициенты вязкости сырья. ратуры подогрева сырья t = tопт при соблюдении технологических рекомендаций. В дальнейшем Для расчета критерия Nu при вынужденном дви- определяется оптимальная длина теплопередающих жении потока жидкости в трубе рекомендованы сле- труб lопт = f (tопт), что равнозначно определению дующие уравнения [11-13]: оптимальной поверхности нагрева аппарата Fопт = • для ламинарного режима потока (Re<2320) dвнnlопт, соответствующей заданным значениям параметров G и tвых. [11]: Результаты. По разработанному алгоритму  Pr  0,25 реализации математической модели (1-4) нами ис-  Prñò  следована статика процесса подогрева нефтегазоко- Nu = 0,17 Re 0,33  Pr0,43  Gr 0,1   , (7) нденсатной смеси, состоящая из 30 % нефти и 70 % газового конденсата (30%Н+70%ГК), теплом кон-   денсирующихся паров фракции тяжелой нафты, вы- ходящих из ректификационной колонны установки где Pr = с/ - критерий Прандтля, характеризующий первичной перегонки нефти Бухарского НПЗ. По- догрев смеси осуществляется в горизонтальном кожу- соотношение свойств сырья;  = νρ.10-3 - динами- хотрубчатом теплообменнике-конденсаторе 10Е-03, ческий коэффициент вязкости сырья, Па·с; Рrст - который входит в состав первого блока аппаратов критерий Прандтля для потока при температуре для предварительного подогрева сырья данной уста- стенки tст; Gr = (gd3внρ2/µ)βΔt - критерий Грасгофа; новки. Теплообменник имеет следующие конструк- β - коэффициент температурного расширения, К-1; тивные параметры: d = 20/25 мм, l = 6 м, n = 1106 шт ∆t = tct - tж - температурный напор между стенкой и и число труб в одном ходу потока n1= 454 шт. сырьем, °С; g = 9,81 м2/с - ускорение свободного па- При этом поверхность теплопередачи аппарата по dвн дения; составляет F = 416,7 м2. • для установившегося турбулентного режима Подогрев смеси в трубках теплообменника ис- потока (Re≥104), в случае значительного изменения следован при следующих регламентированных зна- физических свойств сырья [11-13]: чениях технологических параметров процесса [5]: эксплуатационная производительность аппарата по  Pr 0, 25 смеси G = 105508 кг/ч, плотность смеси при 20 оС  Prñò  Nu = 0,021Re0,8 Pr 0,43   ; (8) равна 20 = 768 кг/м3, температура смеси на входе в аппарат tвх = 49 оС, на выходе из него - tн2 = 96 оС,   температура конденсации паров нафты в межтрубном пространстве аппарата составляет tкн = 165 оС. • при переходном режима движения потока Процесс в аппарате осуществляется в противоточ- (2320 < Re < 104) для приближенных расчетов реко- ных направлениях движения теплоносителей. Среднее мендовано уравнение [11,12]: значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к Nu = 0,008 Re0,9 Pr0,43. (9) смеси, рассчитанное по (9), составляет 2 = 236,1 Вт/(м2оС). По величине критерия Nu рассчитывают значе- ния коэффициента тепло-отдачи α2 (Вт/м2.К) от По результатам исследования процесса на модели стенки теплопередающих труб к потоку нагреваемого построена кривая распределения температуры смеси t сырья [11,12]: 2 = Nu .dвн / . (10) Коэффициент теплопроводности подогреваемого сырья λ (Вт/м.К) в зависимости от его температуры Т 19

№ 4 (97) апрель, 2022 г. по длине теплопередающих труб l теплообменника при его заданной производительности G (рис. 1). Рисунок 1. Распределение температуры нефтегазоконденсатной смеси t по длине труб l теплообменника 10Е-03 при ее расходе G = 105508 кг/ч и коэффициента теплоотдачи в аппарате 2 = 236,1 Вт/(м2оС) Обсуждение. Как видно из рисунка 1, при задан- возможности дальнейшего увеличения в два раза ном расходе, температура смеси t плавно повыша- расхода подогреваемой смеси в аппарате. ется с нарастающей скоростью до участка трубы с длиной l = 2,5 м. В дальнейшем, с достижением по- Заключение. Таким образом, результаты моде- стоянного перепада температур между теплоносите- лирования процесса подогрева нефтегазоконденсат- лями, темп изменения температуры смеси приобре- ной смеси 30%Н+70%ГК в горизонтальном кожухо- тает постоянный характер (от 2,5 до 6,0 м). Анализ трубчатом теплообменнике 10Е-03 показали, что ап- кривой l = f (t) показывает, что для достижения тре- парат имеет 58 % запаса поверхности нагрева. В буемой температуры подогрева смеси на выходе tвых связи с этим, для повышения эффективности аппа- = 96 оС достаточным является участок трубного рата рекомендуется увеличить расход подогревае- пучка с активной длиной lакт = 2,514 м, что состав- мой смеси в соответствии с выявленным запасом по- ляет 41,7 % от общей его длины. Основной процесс верхности нагрева в два раза, что способствует рас- подогрева смеси протекает в первой половины тяжению активного участка подогрева смеси по всей участка трубок (l ≤ 2,5 м), а их остальная часть рабо- длины трубного пучка. тает в холостую. Результаты исследования способствует проек- Как видно, в данном режиме производительно- тированию компактного трубчатого теплообмен- сти запас поверхности теплопередачи теплообмен- ника с оптимальной поверхностью нагрева при за- ника 10Е-03 составляет данной его производительности. Предлагаемая ме- тодика оптимального проектирования также может ∆F= dвнn[(lобщ-lакт)/lобщ)]100 = (12) быть применена и для анализа эффективности труб- = .0,02.1106.[(6-2,5)/6)]100 = 58,3 % чатых теплообменных аппаратов, входящих в состав блока предварительного подог-рева сырья нефтепе- или 173,6 м2. регонных установок с целью их взаимной замены по Это обстоятельство указывает на недостаточное технико-экономическим показателям и рационального использование тепловой мощности аппарата, а также упрощения технологи-ческой схемы данного блока. Список литературы: 1. Глаголева О.Ф., Капустин В.М., Гюльмисарян Т.Г. и др. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть I. Первичная переработка нефти/ Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2006. - 400 с. 2. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природ-ного газа. Учебное пособие для вузов. 2-е изд. - М.: Химия, 2001. - 568 с. 20

№ 4 (97) апрель, 2022 г. 3. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газ: учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - СПб.: Недра, 2013. - 544 с. 4. Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов И.М. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: учебное пособие/ Под ред. С.А. Ахметова. - СПб.: Недра, 2006. - 868 с. 5. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ООО \"Недра-Бизнес центр\", 2000. - 677 с. 6. Худайбердиев А.А. Интенсификация подогрева нефтяного сырья. Монография. - Ташкент: Navroz, 2019. - 213 с. 7. Салимов З.С., Худайбердиев А.А., Худайбердиев Аб.А. Распределение температуры нефти при нагревании её парами углеводородного сырья в двухтрубчатом теплообменнике// Узбекский химический журнал. - Ташкент, 2011. - № 3. - С. 72-75. 8. Hudayberdiev A.A. Study of the static of the process of heating hydrocarbon raw materials in tubular apparatus// International scientific and technical journal Сhemical technology. Control and management, 2019, №1 (85). - p. 63-67. 9. Худайбердиев А.А. Анализ эффективности работы трубчатых теплообменников нефтепереработки// Журнал Нефти и газа Узбекистана. - Ташкент, 2019. - № 2. - С. 49-52. 10. Технологический регламент установки атмоферной перегонки смеси газоконденсата и нефти и фракциони- рования гидроочищенной нафты Бухарского НПЗ. - TR 16472899-001: 2009. 11. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 8-е изд., перераб. - М.: Химия, 1971. - 783 с. 12. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/ Под ред. П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с. 13. Барулин Е.П., Кувшинова А.С. и др. Лабораторный практикум по тепловым процессам. Учебное пособие. - Иваново: ИГХТУ, 2009. - 65 б. 21

№ 4 (97) апрель, 2022 г. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА ПУТЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ, ВЫБРАСЫВАЕМЫХ ИЗ ГОРОДСКИХ КАНАЛИЗАЦИЙ Хужжиев Маъмуржон Янгибоевич ст. преподаватель кафедры технологии переработки нефти, Бухарский Инженерно-Технологический институт, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: [email protected] Бабаев Фаррух Файзуллаевич инженер по робототехнике, Бухарский Инженерно-Технологический институт, Республика Узбекистан, г. Бухара Тиллаева Шахноза Фахритдиновна преподаватель кафедры технологии нефтепереработки, Бухарский Инженерно-Технологический институт Республика Узбекистан, г. Бухара TECHNOLOGY FOR OBTAINING BIOGAS BY PROCESSING WASTE IS DISCHARGED FROM CITY SEWERS Mamurjon Khujjiev Senior Lecturer, Department of Oil Refining Technology, Bukhara Engineering-Technological Institute Uzbekistan, Bukhara Farrukh Babaev Robotics engineer, Bukhara Engineering-Technological Institute Uzbekistan, Bukhara Shakhnoza Tillaeva Lecturer at the Department of Oil Refining Technology, Bukhara Engineering and Technology Institute Uzbekistan, Bukhara АННОТАЦИЯ В данной статье изложены теоретико-методические основы технологических процессов, заключающиеся в получении вспомогательного неисчерпаемого продукта из природных ресурсов путем переработки большого ко- личества сточных вод, поступающих в основном из городских районов, и предотвращении этим вредного воз- действия на природу. ABSTRACT This article outlines the theoretical and methodological foundations of technological processes, which consist in ob- taining an auxiliary inexhaustible product from natural resources by processing a large amount of wastewater coming mainly from urban areas, and thereby preventing harmful effects on nature. Ключевые слова: биогаз, бункер для фекалии, бактерия, бункер, компрессор, мезафильная бактерия, термо- фильная бактерия, резервуар. Keywords: biogas, faecal bin, bacterium, bin, compressor, mesophilic bacterium, thermophilic bacterium, tank. ________________________________________________________________________________________________ Введение человека является естественным. Потому что от по- лимеров, используемых в нашей повседневной В сегодняшнее глобализированное время нефте- жизни, до топлива, используемого в автомобилях, уг- газовая отрасль, как и все отрасли, находится на леводороды составляют основу [1, 2]. Это означает, пути ускоренного развития, и, в то же время, увели- что увеличение потребления природных ресурсов чение потребности в природном ресурсе со стороны __________________________ Библиографическое описание: Хужжиев М.Я., Бабаев Ф.Ф., Тиллаева Ш.Ф. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА ПУТЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ, ВЫБРАСЫВАЕМЫХ ИЗ ГОРОДСКИХ КАНАЛИЗАЦИЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13427

№ 4 (97) апрель, 2022 г. в секунду означает, что в будущем необходимо процессе гниения, газообразование термофильных перейти на производство дополнительных энергети- бактерий происходит в течение 4-5 дней. Меза- ческих и вспомогательных продуктов, которые сего- филбактериальная станция может быть изготовлена дня требуют рынок труда и потребности, чтобы из обычного сельскохозяйственного сырья, для чего можно было получить большие ресурсы, перераба- необходим резервуар вместимостью 1 тонну и бо- тывая сточные воды, выбрасываемые человеком [3]. лее, проходящий при температуре 30-40 0С [6, 7]. В Таким образом, помимо производства неисчерпае- этот водоем можно вносить куриный помет, коровий мой энергии, можно предотвратить экологический навоз, растения, склонные к гниению. Время образо- ущерб. вания газового сырья включает 20-25 дней. Газ, об- разующийся в резервуаре, равен 1 м3 биогаза 1,5 кг/с Метод получения биогаза (угля) или 3 кВт электрического тока [8]. Отходы, оставшиеся после выделения газового сырья, могут Для получения биогаза нам нужен \"бункер с фи- быть использованы на сельскохозяйственных уго- калии\" в бункере должен быть компрессор, который дьях в качестве высококачественного удобрения или производит нулевое количество кислорода [4, 5]. В в качестве легковоспламеняющегося продукта, за- бескислородном бункере время разложения ускоря- меняющего угольный продукт путем вторичной пе- ется на 50%. Температура в бункере должна быть реработки выделенного сырья. равна 50-60 0С. При такой температуре образуются (термофильные) бактерии. Эти бактерии являются основными посредниками газообразования СН4 в Рисунок 1. Подземный бункер В качестве реагента, ускоряющего уровень газо- продукт, подходящий для нашего повседневного образования, высокую эффективность может быть образа жизни. Он заключается в производстве неис- достигнута, если используются дополнительные черпаемой продукции, которая, в свою очередь, дрожжи и реагенты, такие как: является заменой природных ресурсов. • Вода Когда мы рассматривали нашу исследовательскую • Известняковый порошок; работу на примере Бухарской области, то в ходе наших • Сульфат калия; исследований было показано, что для осуществле- • Каменная соль; ния переработки отходов от населения необходимо • Гнилые овощные отходы. разработать перерабатывающие бункеры объемом в среднем 10 тонн. Большие объемы биогаза могут быть извлечены для работы нашей технологической схемы получения Необходимое оборудование и техника состоит из: газа, описанной выше, в основном с использованием 1. 10 Бункеров; городских сточных вод [9]. Отходы, выбрасываемые 2. Система отопления; человеком по канализационным путям, наносят опре- 3. Мешалки по 1 штуке на бункер; деленный вред природе. То есть приводит к загряз- 4. Компрессорные насосы, применяемые для от- нению воздуха. вода кислорода по 1 шт. В каждый бункер; Коэффициент полезного действия этой структуры 5. Абсорбент при очистке биогаза от СО2. заключается в том, чтобы предотвратить загрязне- 6. Устройство для выпуска в природу биогазо- ние окружающей среды и получить газообразный содержащего остатка (гумуса)по 1 штуке в каждый бункер [10]. 23

№ 4 (97) апрель, 2022 г. 7. Резервуары для хранения биогаза. Целью вышеупомянутых технологических про- 8. Кислородные и температурные датчики в бун- цессов является достижение энергетической устой- кере. чивости путем переработки отходов в густонаселен- 9. Использование автоматических технологий ных городских районах страны и в то же время нали- при выполнении технологического процесса. чие неисчерпаемых запасов. Заключение Список литературы: 1. Кобилов А.Б. У., & Хужжиев М.Я. (2017). Механизм поглощения H2S, CO2 и других сернистых компонентов водными растворами аминов. Вопросы науки и образования, (11 (12)), 25-26. 2. Ризаев Д.Б., & Хужжиев М.Я. (2017). Очистка газовых выбросов. Вопросы науки и образования, (5 (6)), 52-53. 3. Хужжиев М.Я. (2016). Очистка газов водными растворами метилдиэтаноламина. Наука и образование сего- дня, (3), 36-37. 4. Хужжиев М.Я. (2018). Изучение методов конверсии метана в синтез-газ. Научный аспект, 7(4), 852-854. 5. Хужжиев М.Я., & Салимова З.С. (2021). ОЧИСТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ МЕРКАП И СЕРНЫХ РАСТВОРОВ. Universum: технические науки, (3-3 (84)), 83-86. 6. Бурхонов И.У., & Хужжиев М.Я. (2017). СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АП- ПАРАТОВ ВОЗДУШНОГО И ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВО- ДОВ. Вопросы науки и образования, (2), 57-58. 7. Anvarovich A.A., & Faxritdinova T.S. (2021, October). FOREIGN EXPERIENCES IN MODERN TEACHING OF SPECIALTIES IN ENGINEERING. In Archive of Conferences (pp. 192-198). 8. Алимов А.А., Шарипова С.Ф., & Хўжжиев М.Я. (2020). ТЕХНОЛОГИЯ GTL ГАЗ-ЖИДКОСТЬ СЕГОДНЯ И ЕЕ АНАЛИЗ. Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук; Заместитель главного редактора: Ахмеднабиев Расул Магомедович, канд. техн. наук; Члены редакционной коллегии, 85. 9. Stolze Y, Zakrzewski M, Maus I, Eikmeyer F, Jaenicke S, Rottmann N, Siebner C, Pühler A, Schlüter A. Comparative metagenomics of biogas-producing microbial communities from production-scale biogas plants operating under wet or dry fermentation conditions. Biotechnology for Biofuels, 2015, 8(1) 14. 10. Kougias P G, Boe K, Tsapekos P, Angelidaki I. Foam suppression in overloaded manure-based biogas reactors using antifoaming agents. Bioresource Technology, 2014, 153(2) 198–205. 11. Электронный ресурс https://sovet-ingenera.com/eco-energy/bio-fuel/biogaz-iz-navoza.html 12. Электронный ресурс https://gas-cleaning.ru/article/biogas-purification 24

№ 4 (97) апрель, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.97.4.13504 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Юлдашев Фарход Талазович самостоятельный соискатель ГУП «Фан ва тараккиёт» ТГТУ, Республика Узбекистан, г. Ташкент, E-mail: fan va [email protected] Бегжанова Гулрух Бахтияровна д-р техн. наук, гл. науч. сотр. института общей и неорганической химии АНРУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент, E-mail: [email protected] THE USE OF MAN-MADE WASTE IN THE PRODUCTION OF BUILDING MATERIALS Farkhod Yuldashev Independent applicant SUE \"Fan va tarakkiet\"TSTU, Republic of Uzbekistan, Tashkent Gulrukh Begzhanova Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher Institute of General and Inorganic chemistry of AN RUz, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В данной работе рассматриваются некоторые аспекты утилизации техногенных отходов при производстве строительных материалов без ущерба экономическому положению производителей. ABSTRACT In this paper, some aspects of the utilization of man-made waste are considered without prejudice to the economic situation of enterprises producing construction materials. It is shown that the use of gypsum-containing sludge is probably the production of expansion additives to cements. Ключевые слова: утилизация, отходы, гипсосодержащие шламы, цемент, композиция, добавка, ингредиенты. Keywords: disposal, waste, gypsum-containing sludge, cement, composition, additive, ingredients. ________________________________________________________________________________________________ Развитие строительной отрасли привело к росту Эффективная утилизация техногенных отходов потребностей рынка во всех видах строительных ма- позволит значительно снизить нагрузку на экоси- териалов, в том числе и в цементе, который является стему, снизить потребление энергозатрат или пере- одним из дорогих ресурсов [1]. Снижение себестои- вести на энергию альтернативных источников в мости зданий и сооружений зависит также от сниже- частности на энергию солнечных систем, что позво- ния стоимости применяемых в строительстве совре- лит снизить использование нефти, газа и угля, а менных качественных строительных материалов и из- также существенно снизить выбросы углекислого делий с меньшей энергоёмкостью, и с улучшенными газа в воздушный бассейн [2, 3]. характеристиками. Особый интерес проявляется к производству эффективных цементов с использова- В таблице 1 показан химический состав отходов нием техногенных отходов. производств, применяемых для опытных партий це- мента. __________________________ Библиографическое описание: Юлдашев Ф.Т., Бегжанова Г.Б. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13504

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Таблица 1. Химический состав отходов производств, применяемых для опытных партий цемента, % Отходы Al2O3 CaO SiO2 CaSO4 MgO Fe2O3 CaCO3 Алюминиевый отработан- 97,1 2,3 0,6 - - - - ный катализатор 0,6 26,2 - 68,4 1,0 2,1 2,0 Гипсосодержащий шлам 29,7 - 59,5 - 2,7 3,4 - 1,8 - 2,8 - 21,2 Пыль шамотных печей - 74,2 Пыль обжига известняка В технологических процессах производства, 3CaO • Аl2O3 •6H2O + 3(CaSO4 • 2H2O) + 19H2O = особенно на предприятиях химической промышлен- 3CaO • Al2O3 • 3СaSO4 • 31H 2O ности, связанных с использованием серной кислоты образуется значительное количество гипсосодержа- В определенных условиях хлорид и сульфат щих шламов различного состава (табл.2). магния также обладают связующими свойствами, которые при взаимодействии с оксидом магния в со- По оценкам экспертов, в мире ежегодно произ- отношении примерно 1: 3 образуют цементные водится около 160 миллионов тонн синтетического камни различного состава и прочности. гипса различного состава, который может быть ис- пользован в больших количествах для производства Химический состав гипсового шлама, получен- строительных материалов. Высокими связующими ного при переработке серной кислоты, в том числе свойствами при смешивании с водой обладают диоксида титана, приведен в таблице 2. смеси алюмокальцита и гипса, а изделия на их ос- нове становятся водонепроницаемыми за счет повы- шенного расширения при наборе прочности: Таблица 2. Зависимость состава гипсосодержащего шлама от качества перерабатываемого сырья Образец/ Компоненты в шламе, % сырьё CaSO4 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaCO3 Ильменитовый концентрат 64-74 18-23 - 1,8-2,0 65-69 16-22 0,8-1,2 0,9-2,0 5,7-9,0 0,6-0,8 Титановая стружка 89-93 0,8-2,1 1,0-1,6 2,0 67-72 3,8-4,8 - 0,4-0,6 1,3-1,9 0,8-1,5 0,8 1,1 После обра-ботки H2SO4 1,2-1,4 89-92 2,2-3,4 0,6 0,6 0,2-0,6 0,9 1,2-1,4 Сернокислый ОТР 1,4-1,8 0,3-0,6 0,7-0,9 17,3-17,3 - 1,4-1,6 Отделение от сернокислого ОТР железного купороса 0,4-0,7 0,1-0,4 1,4-2,0 - Гипсовые шламы без специальной обработки не pH 8,4...9,3, что позволяет использовать такую глину подходят для производства строительных материалов. для производства строительных материалов. Их можно использовать только для улучшения мелиорации засоленных земель. Снижение содер- При переработке ильменитовых концентратов жания железа в гипсовом шламе, полученном при на Коркинском цементном заводе промышленные переработке титановой крошки при производстве испытания ТОО «Челак» по использованию титано- диоксида титана, позволяет частично использовать вого гипса, полученного в результате нейтрализации его для производства гипсовых смесей с добавлением кислых сточных вод, в качестве добавки перед об- портландцемента. жигом в клинкерную массу дали положительные результаты. Гипсовый шлам, полученный при переработке сернокислотного ОТР, также не пригоден для произ- Основная задача во время испытаний заключалась водства строительных материалов из-за высокого в том, чтобы заполнить утечки титаногипсом во содержания в нем примесей. время подачи и распределения. Чтобы внедрить титановый гипс в производство, его необходимо Отделение сульфата железа от серной кислоты гранулировать. ОТР заметно снижает количество примесей в глине и это повышает качество гипса. Качество отрабо- Помимо производства вяжущих и изделий на танной гипсосодержащей глины повышается после их основе известны и другие способы утилизации дополнительной обработки суспензий серной кисло- гипсосодержащих отходов. Эксперименты показали, той и нейтрализации их известковым молоком до что добавление до 5% фосфогипса в шихту при производстве кирпича ускоряет процесс сушки и улучшает качество продукции. Это объясняется 26

№ 4 (97) апрель, 2022 г. улучшением керамико-технологических свойств количества других тяжелых металлов не оказывают глинистого сырья за счет наличия в нем основного отрицательного влияния на качество конечных компонента фосфогипса - дигидрата сульфата кальция. продуктов, полученных при разрушении гальва- нических шламов. Обработка хромовой глины фос- В технологических процессах производства форной кислотой позволяет получить связующее строительных материалов можно использовать в ка- для производства огнеупорных материалов и кера- честве гипсового вяжущего гипсосодержащие мических изделий специального назначения. шламы гальванического производства. Их можно перерабатывать в качестве сырья для других от- Таким образом, зная сложный и постоянно раслей. Например, для производства специального меняющийся состав шлама, получаемого в гальва- хромирования может быть рекомендовано получение ническом производстве, рекомендуется его ис- компонентов абразивной пасты из обезвоженной и пользование в многотонной промышленности с высушенной глины гидроксидов железа и хрома. минимальным перераспределением. В промышлен- После фильтрации, промывки, сушки, обжига при ности строительных материалов предлагается ис- 600°C и измельчения до желаемого уровня дисперсии пользование гипсовых шламов для производства шлам оксида цинка может быть удален для получе- кирпича и бетона, асфальтобетона, строительных ния технических резиновых изделий. Небольшие керамических компонентах [4-6]. Список литературы: 1. Раматов А.Ж. Вступительное слово //ХV Юбилейная Меж. Центрально-Азиатская Конф. и Выставка «Цементная промышленность и рынок» (BuzinessCem). - Ташкент, 20-23 ноября 2017 г. – С. 2. 2. Пулатов З.П., Искандарова М.И., Атабаев Ф.Б. Энерго- и ресурсосберегающая рациональная технология производства цемента с композиционными добавками // Сб. научных статей «ИННОВАЦИЯ-2012». -- Ташкент. 2012. – С.133-134. 3. Morsy M.S., Alsayed S.H., Aqel M. Hybrid effect of carbon nanotube and nano-clay on physico-mechanical properties of cement mortar // Construction and Building Materials. Vol. 25. Issue 1. – 2011. -P.145-149. 4. Lothenbach B., Scrivener K., Hooton R.D. Supplementary cementitious materials //Cement and Concrete Research. – 41(12). – 2011. – P.1244–1256. 5. Шаповалов Н.А., Ломаченко Д.В. Получение композиционных цементов с использованием интенсифицирующей добавки // Фундамен-тальные исследования. – М. 2013. № 4-1. – С. 71-74. Источник: //http://www.fundamental- research.ru/ru/article/view?id=31100. 6. Самусева М.Н., Шишелова Т.И., Кокряцкий С.Ю. и др. Использование техногенных отходов в качестве стро- ительных материалов // Успехи современного естествознания. -2009. - № 8. – С. 8-9. URL: http://www.natural- sciences.ru/ru/article/viewid=14042. 27

№ 4 (97) апрель, 2022 г. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСОЧНЫХ ОТХОДОВ СОДОВОГО ЗАВОДА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА Юнусов Миржалил Юсупович профессор Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент Мирзакулов Холтура Чориевич профессор Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Ражабов Шохрух Шермахматович базовый докторант Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF SAND WASTE SODA PLANT AND THEIR EFFECT ON THE STRENGTH OF CONCRETE Mirjalil Yunusov professor of Tashkent institute of chemical technology Republic of Uzbekistan, Tashkent Kholtura Mirzakulov professor of Tashkent institute of chemical technology Republic of Uzbekistan, Tashkent Shokhrukh Rajabov PhD studient of Tashkent institute of chemical technology Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В данной статье описаны результаты исследования физико-химических свойств известнякового песка, образующегося как отход технологического процесса на содовом заводе, и его влияние на прочность бетона. ABSTRACT This article describes the results of a study of the physico-chemical properties of limestone sand formed as a waste of the technological process at the soda plant, and its effect on the strength of concrete. Ключевые слова: содовый завод, бетон, отходы, известняковый песок, пордландцемент, плотность, подвижность бетона, прочность, традиционные заполнители. Keywords: soda plant, concrete, waste, limestone sand, portland cement, density, mobility of concrete, strength, traditional aggregates. ________________________________________________________________________________________________ Введение: На Кунградском содовым заводе, потому, как применение этих отходов в бетонных являющийся крупнейшим химическим предприятием конструкциях в качестве мелкого наполнителя может в Узбекистане, в технологическом в процессе помимо дать хорошие результаты. Использование песков, основного продукта образуется большое количество образующихся при дроблении карбонатных пород, различных отходов. Одним из таких отходов является в качестве наполнителя для бетонов имеет известную известняковый песок. Мы провели исследование специфику. __________________________ Библиографическое описание: Юнусов М.Ю., Мирзакулов Х.Ч., Ражабов Ш.Ш. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙ- СТВА ПЕСОЧНЫХ ОТХОДОВ СОДОВОГО ЗАВОДА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13497

№ 4 (97) апрель, 2022 г. В строительной практике большое практическое особенно при высоких значениях водоцементного значение имеет широкое внедрение не только гравия, отношения. но и песков, образующихся при дроблении карбо- натных пород. Поскольку карбонатные пески обычно Песчаный щебень можно приготовить, также из отвечают требованиям, предъявляемым к мелким измельченных отходов карбонатных пород при наполнителям конструкционных бетонов [7]. добыче гравия. Для этой цели могут быть исполь- зованы отходы только третьего и последующих По мнению ряда исследователей [2-4, 6], исполь- дроблений в случае использования неоднородных зование песка, образующегося при дроблении по прочности карбонатных пород [1, 5, 7-9]. карбонатных пород, несколько повышает прочность бетона по сравнению с бетоном с кварцевым песком. Методы и методики экспериментальных ис- Бетон с добавлением песка, полученный путем следований: Химический состав известнякового дробления карбонатных пород. Кварцевый песок песка в лабораторных условиях определяли по работает лучше на удлинение, чем добавленный в следующей методике ГОСТ 8677-76. Количество СаО бетон. Некоторые характеристики бетона, приготов- и MgO проводили объемно-титрометрическим мето- ленный с добавкой песка, образующегося при дом: индикатор проводили в присутствии синего дроблении твердых и плотных карбонатных пород‚ хрома титрованием раствором Трилона Б 0,05 Н и в выше, чем у бетона с добавкой кварцевого песка‚ соответствии с требованиями ГОСТ 4526-75. Таблица 1. Требования к зерновому составу дробленого песка по ГОСТ 8736-2014 Группа песка Полный остаток по весуна сите 0,63. масс. % Модул крупности Крупный Свыше 50 Свыше 2‚5 дан Средний 30–50 2‚5–2‚0 При определении группы дробленого песка плотность сухого известнякового песка навеску сначала просеивают через перфорированное сито 5 мм, размер модульных отверстий 2‚5; 1‚25;  = 1 + 2 = 2660 + 2660 = 2660кг / м3 (2) 0‚63; 0‚315; Определяется как сумма общего остатка 22 на ситах 0‚16 мм, делённая на 100. Отсюда мы видим, что плотность сухого извест- Модуль объемного сжатия образовавшегося в някового песка на 1 м3 составляет 2660 кг/м3. процессе гашения просеяннго известнякового песка в соответствии с ГОСТ 8736-2014 и определено, что Эксперименты с песчаными отходами содового он относится к группе крупнозернистых песков. завода показали, что эти отходы можно добавлять в бетон в виде песка. Плотность во влажном состоянии известнякового песка определяется по следующей формуле Результаты исследования: В первой части работы был проведен химический анализ извест-  = m1 + m2 + m3 = 1440 + 1430 + 1440 = 1436кг / м3 (1) някового песка содового завода. В экспериментах, 33 проведенных в лабораторных условиях установлено, что известняковый песок имеет следующий состав. Химический состав песка известнякового содового завода Таблица 2. Химический состав. масс, % п.п.п 44,49 CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 54,60 0,32 0,40 0,06 0,04 0,09 Как видно из таблицы, химический состав извест- Расстояния между плоскостями, сформирован- някового песка содового завода состоит в основном ными при рентгенофазовом исследовании: 3,035; из CaCO и MgCO3, а также SiO2 и ряда добавок, 1,87 нм подтвердили наличие CaCO3, а 2,39 нм — также обнаружено присутствие металлов. присутствие CaO (рис. 1). Также сообщается о Также были проведены рентгенографические наличии 1920 нм MgCO3∙3H2O и 2,03 нм 2MgO∙SiO2. исследования известнякового песка содового завода. 29

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Рисунок 1. Рентгенографический анализ известнякового песка содового завода Определение влияния известнякового песка 100 % известнякового песка содового завода. В табл. 2 содового завода на прочность бетона основывалось на ниже рассматривается влияние известнякового опытах с разными марками бетона. В качестве мелких песка содового завода на состав бетона марки М250. заполнителей были применены известняковый песок, В качестве связывающего, как указывалось выше, кварцвый песок , крупный заполнитель - щебень, использован 360 кг/м3 «Karakalpak» портландцемента в качестве связывающего – «Karakalpak» портлан- марки ПЦ400-Д20. Соотношение вода/цемент, цемент марки ПЦ400-Д20 и вода. Образцы готовили с другой стороны, изменялось от В/Ц=0,51 до 0,56 в формах размерами 10Х10Х10 см. Подбор состав соответственно по мере увеличения массы известня- бетона осуществлялся по ГОСТ 27006-2019. кового песка. По ГОСТ 7473-2010 оседание конуса со- ответствовало П2, то есть отсюда видно, что по- В бетоны относительно низких марок, включая движность бетона соответствует требованию госу- М50, М75, М100, М150, М200 и М250, в качестве дарственные номативных документов. мелкого наполнителя может быть включено до Прочность бетона с добавкой песчаных отходов содового завода Таблица 3. Сыре, масс. % Прочност бетона во времени, МПа 360 сут. Песок Известняковый песок 28,28 3 сут. 7 сут. 28 сут. 90 сут. 180 сут. 28,39 100 - 6,57 28,44 90 10 6,66 14,23 20,23 23,21 25,62 28,47 85 15 6,70 28,51 80 20 6,73 14,32 20,29 23,29 25,66 28,53 75 25 6,77 28,56 70 30 6,79 14,36 20,32 23,34 25,68 28,59 65 35 6,81 28,61 60 40 6,84 14,40 20,35 23,36 25,71 28,64 55 45 6,86 28,65 50 50 6,88 14,43 20,37 23,39 25,73 28,68 45 55 6,90 28,72 40 60 6,93 14,48 20,40 23,41 25,74 28,69 35 65 6,94 28,66 30 70 6,91 14,52 20,42 23,43 25,76 28,62 25 75 6,86 28,58 20 80 6,83 14,55 20,44 23,44 25,78 28,55 15 85 6,76 28,50 10 90 6,71 14,59 20,45 23,47 25,81 0 100 6,56 14,63 20,47 23,50 25,85 14,66 20,49 23,53 25,88 14,68 20,52 23,56 25,90 14,73 20,54 23,60 25,92 14,69 20,56 23,63 25,91 14,64 20,54 23,61 25,87 14,55 20,48 23,56 25,85 15,43 20,40 23,52 25,83 14,31 20,31 23,47 25,79 14,28 20,20 23,43 25,75 30

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Как видно из табл. 3 выше, включение в состав согласно требованиям ГОСТ-8736-2014 для песка бетона песка известнякового содового завода для строительного, остаток на дне сита с размером бетона марок М250 и ниже вместо традиционных отверстий 0-16 мм не должен превышать 5% для мелких наполнителей несколько повысил прочность крупнозернистых песков. Результаты наших иссле- бетона. Также показано, что в бетон этой марки дований показывают, что отход известнякового можно вводить известняковый песок до 100 % от песка содового завода относится к типу крупно- массы традиционного песка. Наибольшие результаты зернистых песков, содержание мелкозернистости были отмечены при введении в бетон известнякового составляет 12%. песка содового завода в количестве 65, 70 и 75% от массы традиционного песка. При испытании Если карбонатная пыль покрывает поверхность образцов бетона на прочность по ГОСТу 10180-2012- зерен наполнителя (особенно во влажном состоянии), методами определения прочности образцов бетона это может ухудшить сцепление заполнителей с це- с содержанием 70% известнякового песка по отно- ментным камнем и привести к снижению прочности шению к традиционной песчаной массе зафиксирован бетона [1, 5, 7-9]. Поэтому необходимо определить показатель прочности 102% за 28-суточный период. оптимальные количества добавок этих песков для Плотность бетона в 70% образцов составила получения высококачественных бетонов. Также нами 2319 кг/м3. Образцы бетона со 100% известняковым были проведены исследования по производству песком также показали прочность 99,9%. В периоды бетона марки М400, результаты которых приведены 90, 180 и 360 сут соответственно он показал предел в табл. 3. Подбор бетонных конструкций осущест- прочности 23,63, 25,91 и 28,69 МПа. По этой причине влялся по ГОСТ 27006-2019. С/Ц, с другой стороны, мы установили, что для получения бетона марки М250 колебался от 0,56 до 0,60 соответственно. По добавление 70% известнякового песка содового завода ГОСТ 7473-2010 проходка конуса соответствовала П2. даёт оптимальный результат. Внесено 475 кг/м3 из «Karakalpak» портландцемента марки ПЦ400-Д20, используемого в качестве связы- Для получения высококачественных бетонов вающего. Здесь также для испытаний использовались в бетонную смесь необходимо осторожно добавлять образцы 10Х10Х10 см. известняковый песок содовых заводов. Так как Таблица 4. Прочность бетона с добавкой песчаных отходов содового завода для бетона М400 Сыре, масс. % Прочность бетона во времени, МПа Песок Известняковый песок 3 сут. 7 сут. 28 сут. 90 сут. 180 сут. 360 сут. 100 - 13,07 58,22 90 10 13,16 27,92 41,43 46,55 52,71 58,33 85 15 13,21 58,38 80 20 13,25 27,93 41,43 46,64 52,79 58,41 75 25 13,27 58,45 70 30 13,31 27,96 41,44 46,67 52,82 58,48 65 35 13,33 58,53 60 40 13,36 28,00 41,45 46,71 52,86 58,58 55 45 13,38 58,63 50 50 13,41 28,06 41,46 46,74 52,89 58,68 45 55 13,43 58,67 40 60 13,38 28,09 41,46 46,78 52,93 58,60 35 65 13,37 58,47 30 70 13,34 28,06 41,49 46,79 52,97 58,31 28,06 41,51 46,81 53,00 28,07 41,54 46,86 53,04 28,09 41,56 46,88 53,08 28,10 41,58 46,93 53,06 28,06 41,54 46,82 52,94 28,02 41,47 46,67 52,77 27,94 41,39 46,50 52,51 Из данной табл. 4 можно увидеть, что включение бетона показали прочность 102,8% через 28 суток в состав бетона известнякового песка содового завода при введении 55 % известнякового песка. На 90, 180 для производства бетона марки М400 позволяет и 360 сут. были установлены пределы прочности значительно повысить прочность бетона. Однако, 46,53, 53,03 и 58,67 МПа соответственно. Прочность было установлено, что существуют определенные бетона при включении в состав бетона данного вида ограничения на добавление этих отходов в бетонную отходов в количестве 70% и выше, чем у тради- смесь. В частности, содовый завод показал ционной песчаной массы, не соответствовала наибольшую прочность при включении в состав требованиям ГОСТ 10180-2012. Таким образом, для бетона известнякового песка в количестве 45, 50, 55 производства бетона марки М400 определено, что и 60% по отношению к традиционной песчаной оптимальное количество отходов песка содового массе. При испытании по ГОСТ 10180-2012 образцы завода для включения в состав бетона составляет 31

№ 4 (97) апрель, 2022 г. 55% от массы обычных песков. Он также показал, бетонов марок М300, М350 и М400 существует что при введении песка 60 и 65% относительно определенный предел включения этих отходов в массы обычного песка он также соответствует состав бетона. Включение этих отходов в бетонную требованиям ГОСТа. смесь не только в определенной степени повышает прочность бетона, но и помогает решат вопросы Выводы. Установлено, что песчаные отходы экологического характера. Однако он может принести содового завода можно добавлят в состав бетона в большую экономическую выгоду за счет экономии разных количествах в разных марках. Доказано, что кварцевого песка, который является одним из в относительно низкие марки бетона, в частности основных сырьевых материалов для бетона а также марки М250 и ниже, могут быть введены в состав экологическию - за счет утилизации отходов произ- бетона до 100% вместо кварцевого песка. Для водство. Список литературы: 1. Баженова С.И., Баженова О.Ю. Заполнители для бетона. Методические указания к выполнению практиче- ских работ для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций» Москва, 2017. С 37. 2. Красильникова О.А. Использование техногенных отходов карбонатных пород в производстве бетонов. 08.04.01. Маг. дисс., Тольятти 2019. - С. -73. 3. Куляев П.В. Эффективный мелкозернистый карбонатный бетон. Дисс. ... канд. техн. наук: 05.23.05. Тверь – 2017. - С. -163. 4. Малова Е.Ю. Композиционные портландцементы с карбонатсодержащими добавками и бетоны на их основе. Дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.11. Барнаул 2015. - С. -182. 5. Оратовская А.А., Синицин Д.А., Галеева Л.Ш., Бабков В.В., Шатов А.А. Использование отходов производства кальцинированной соды для получения известьсодержащих вяжущих и строительных материалов на их основе // Строительные материалы. – 2012 – № 2 – С. 52–53. 6. Раджабов Ш.Ш., Атакузиев Т.А. \"Физико - механические свойства бетона, изготовленного на основе отходов и песка, образующихся при затвердевании раствора, который состоит из сгоревшего диоксида углерода\". 1-я конференция на тему \"Вопросы науки и образования в Узбекистане: проблемы и решения\". В 2020 году 15 июля. 7. Ражабов Ш.Ш., Мирзақулов Х.Ч., Юнусов М.Ю. “Strength Properties of Carbonate Filled Concrete”. International Journal of Discoveries and Innovations in Applied Sciences| e-ISSN: 2792-3983 | www.openaccessjournals.eu | Vol- ume: 1 Issue: 5 in October-2021. 8. Черепов В.Д. Коршунова Н.П. Бетон на основе низкопрочных карбонатных пород. Современные проблемы науки и образовани. Москва 2013 № 2. 9. Шатов А.А., Кутырев А.С., Бадертдинов Р.Н. Некоторые пути утилизации отходов производства соды // Баш- кирский экологический вестник. – 2013 – № 3–4. – С. 8–16. 32

№ 4 (97) апрель, 2022 г. ЭЛЕКТРОНИКА СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УСТРОЙСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Курбанов Жанибек Файзуллаевич д-р техн. наук, доцент, Ташкентский государственный транспортный университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент Яронова Наталья Валерьевна канд. техн. наук, доцент Ташкентский государственный транспортный университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] CONTROL SYSTEM OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF DEVICES IN THE PRODUCTION OF POOL MATERIALS Janibek Kurbanov DSc, docent Tashkent State Transport University Uzbekistan, Tashkent Natalya Yaronova Candidate of technical sciences, docent, Tashkent State Transport University Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Все предшествующие детальные исследования процессов, которые могут происходить в едином поле, а также представительный объём работ по обработке ряда природных материалов в этом поле натолкнуло на со- здании универсальной установки, нацеленной на работу в промышленности и проведение дальнейших научных исследований [1-6]. В статье последовательно представлен целый спектр требований, которые должны быть предъявлены к установке единого электромагнитного поля (УЕЭП) для её безопасной и эффективной работы. ABSTRACT All previous detailed studies of the processes that can occur in a single field, as well as a representative amount of work on the processing of a number of natural materials in this field, prompted the creation of a universal installation aimed at working in industry and carrying out further scientific research. The article consistently presents a whole range of requirements that must be presented to the installation of a single electromagnetic field for its safe and efficient operation. Ключевые слова: устройство единим электромагнитного поля (УЕЭП), асбестоцементный отход, цемент, кристаллическая решетка, сыпучий материал, энергия связи Keywords: device by a single electromagnetic field, asbestos-cement waste, cement, crystal lattice, bulk material, energy connection ________________________________________________________________________________________________ Основная часть. В мультивибраторах и триггерах с этим потребовалось подобрать систему управления установки УЕЭП использовались тиристоры и сими- для гарантированного включения силовых элементов. сторы [3-6]. Однако, для устройства единого поля, Наиболее подходящими элементами для данного назначение которого заключается в измельчение устройства являются биполярные транзисторы с материалов типа металлов и сплавов, требуется полу- изолированными затворами (БТИЗ) фирм и компаний, чать большой ток (до 500А) при малых напряжениях таких, как Hitachi, Semikron, Макро Тим, Garret, IR, питания (до 120В) и низкой частоте от (5Гц до 50Гц), то есть этих элементов явно недостаточно. В связи Semitrans. __________________________ Библиографическое описание: Курбанов Ж.Ф., Яронова Н.В. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УСТРОЙСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13448

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Для уменьшения прямых потерь и улучшения формы, в системе управления используется ши- шумовых характеристик были выбраны БТИЗ мо- ротно-импульсная модуляция (ШИМ), при которой дули фирмы Hitachi. Это связано со свойствами са- силовой ключ открывается на определенное время, мого модуля, обладающим эффективным теплоот- пропорциональное нужному выходному напряжению. водом. В связи с этим повысилась долговечность и Далее формируется сигнал, состоящий из импульсов термическая прочность устройства управления. разной ширины. На выходе ШИМ получается прак- Этот модуль обладает высокой скоростью переклю- тически идеальный сигнал нужной формы. Для чения и возможностью управления напряжением. управления силовыми транзисторами применяются Также он имеет низкий уровень насыщения и, поэтому драйверы. Драйверы обеспечивают гальваническую он имеет способность управлять большой мощностью. развязку, накачку заряда в затвор БТИЗ транзистора Низкий уровень насыщения достигается за счет по- и функцию контроля. Использование БТИЗ драйверов вышения плотности каналов и нетрадиционным рас- позволяет упростить схемное решение, повысить положением (вертикальным) структуры затвора. надежность устройства, а также уменьшить его га- баритные размеры. Блок схема преобразователя Для управления устройством на основе про- показана на рис. 1. странственного электромагнитного поля [3-5], где необходимо получать на выходе сигнал нужной Источник питания 220 В/ 120 В Система Драйвер БТИЗ Устройство управления на (IGBT) единого основе пространственного микропроцессора поля Рисунок 1. Блок схема преобразователя Разработанная система управления позволяет по- IRG4PC50UD – на 600В и 1200А. Для резонансных лучать положительный импульс выходного сигнала и преобразователей устройства работают на частотах регулировать его амплитуду, фазу и длительность [6]. в 4-5 раз выше, чем предельно допустимые. Для Принципиальная схема управления показана на IGBT транзисторов пауза между открытием и закры- (рис. 2.). В затворах силовых ключей форма сигналов тием составляет 1,2 мксек, а для полевых транзисторов должна быть чисто прямоугольной (рис. 3.). 0,5мксек. Для этих преобразователей использовались параллельно соединенные полевые транзисторы Для переключения на частоту 30 кГц необходим типа IRFPS37N50A, IRFPS40N50 и т.д. занос по частоте не менее чем в три раза, поэтому выбираем транзисторы типа БТИЗ фирмы IR типа Рисунок 2. Принципиальная схема управления высокочастотными сигналами УЕЭП 34

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Рисунок 3. Форма сигналов в затворах силовых ключей Наибольшее распространение получили преоб- стержней, двух электромагнитов. Это даёт возмож- разователи частоты с промежуточным звеном пе- ность в больших пределах менять индукцию про- ременного тока, построенные по схеме автоматиче- странственного электромагнитного поля, а, следова- ского управления. Существует несколько различных тельно, и менять режимы измельчения, извлечения, схем преобразователей частоты. По принципу дей- обогащения минералов, управлять устройством раз- ствия они могут быть разделены на три группы: магничивания металлов. управляемые, полууправляемые и неуправляемые. Основным элементом системы управления явля- Наибольшее распространение получили не- ется специализированный микроконтроллер ATMega8 управляемые преобразователи частоты. Они харак- или цифровой сигнальный процессор. Это устройство теризуются максимальной простотой и надежностью, производит большой объем сложных вычислений высоким КПД, а также достаточно высоким качеством в режиме реального времени для реализации совре- выходного (выпрямленного) напряжения и гармони- менных алгоритмов управления. В наибольшей ческого состава тока, потребляемого из сети. Однако степени это необходимо, когда требуется управлять неуправляемость процесса преобразования энергии сложными технологическими процессами с множе- не позволяет реализовать режимы рекуперации, ством сенсорных датчиков (весовых датчиков, дат- необходимые во многих случаях. чиков скоростей, температурных и гидравлических датчиков, такими как устройства единого простран- Управляемые преобразователи частоты были ственного поля). выполнены на низкочастотных и высокочастотных транзисторах, лишенных недостатков. Они обладают Система управления технологическими процес- высоким КПД и свойством обратимости по направ- сами построена на двухпроцессорной основе. Первый лению преобразования энергии и обычно использу- процессор выполняет основные функции преобразо- ются совместно с согласующими платами драйверов вателя частоты (реализация алгоритмов управления, тока для регулирования величины выходного тока, опрос датчиков и т.д.), второй обеспечивает работу длительности импульсов и их частоты. Недостатки пульта управления, связь с системой верхнего уровня управляемых выпрямителей заключаются в повы- и другие технологические функции. Следует отметить, шенном уровне пульсаций выпрямленного напря- что распределение функций между микроконтрол- жения, в пониженном значении коэффициента лерами может быть произведено и другим способом. мощности, который уменьшается пропорционально выходному напряжению, и в одностороннем направ- Достоинства двухпроцессорной системы является лении выходного тока. При необходимости они могут возможность применения единого интерфейса для обеспечить протекание тока в обоих направлениях. связи центрального контроллера с пультом управле- ния и с системой автоматизации верхнего уровня. Разработанное устройство выполнено со стабили- Значительно упрощается разработка программного зированным напряжением, температурой и автома- обеспечения для каждого из контроллеров. тическим приёмом и подачей сырья в бункер [3, 5, 6]. Нагрузкой системы автоматического управления Управление драйверами устройства осуществля- устройством единого пространственного поля явля- ется посредством формирования шестиканального ются индуктивные катушки с большой напряженно- ШИМ ˗ сигнала с автоматическим добавлением стью поля. «мертвого времени». Для получения формы выход- ного напряжения, близкой к прямоугольному, исполь- Управление транзисторами преобразователя зовалась программная пли аппаратная коррекция осуществляется драйверами, которые обеспечивает «мертвого времени». В системе управления ис- большие показатели выходных токов прямоугольного пользуется аппаратная блокировка сигналов ШИМ импульса. в случае аварии. Преобразователь построен по мо- дульному принципу, позволяющему включать до- Низкие потери мощности в ключевых режимах, полнительные функциональные модули, которые большие значения рабочих напряжений и токов, в сочетании со встроенными программными сред- малые времена включения и отключения дают воз- ствами, позволяют получать различные значения можность использовать силовые транзисторы в параметров устройства пространственного электро- параллельных режимах, управляя при этом работой магнитного поля [6]. четырех катушек индуктивности, двух медных 35

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Выводы. Разработанное устройство системы нагрузкой, какой фактически является устройство управления технологическими процессами и экспе- пространственного поля; разработана универсальная риментальные характеристики полученных компо- система управления, которая позволяет применить зиционных материалов из АЦО дали возможность ее без тиристорного преобразователя; в разработан- определиться с выводами: управления УЕЭП отве- ных системах управления уменьшаются потери, чает всем требованиям, предъявляемым к подобным увеличивается КПД, снижается уровень электро- устройствам, надежна в работе с активно-реактивной магнитных потерь. Список литературы: 1. Колесников И.К. и др. Влияние электромагнитного поля на свойства жидких и твердых тел // Наука. Образо- вание. Техника. – 2007. №.4. – С. 104. 2. Михалева З.А., Коптев А.А., Таров В.П. Методы и оборудования для переработки сыпучих материалов и твердых отходов: учеб. пособие. - Тамбов: Тамбовский ГТУ, 2002. - 64 с. 3. Халиков А.А., Колесников И.К., Курбанов Ж.Ф. Исследование и разработка единого пространственного электромагнитного поля и устройств на их основе: монография. – Ташкент: Фан ва технология, 2019. – С. 238. 4. Kolesnikov I.K., Kurbanov J.F. The dynamics of the process of separation of minerals by united spatial field // WCIS- 2014, «Eighth World Conference on Intelligent Systems for Industrial Automation», -November. – 2014. – Р.25-27. 5. Kolesnikov I.K., Kurbanov J.F. The control system and the hardware implementation of a single unit of the spatial field // International Conference «Perspectives for the development of information technologies», –Tashkent. – 2015. – Р.4-5. 6. Kurbanov J.F. Management and hardware implementation of a single spatial field // International Journal «Interna- tional Review of Education and Science. – 2015. №. 1. – Р.8. 36

№ 4 (97) апрель, 2022 г. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ Усманов Жафар Иcраилович cт. преподаватель, Бухарский институт управления природными ресурсами, Бухара, Республика Узбекистан E-mail: [email protected] Абдуллаев Миршод Шухратович ассистент, Бухарский институт управления природными ресурсами, Бухара, Республика Узбекистан E-mail: [email protected] IMPROVEMENT OF SEMICONDUCTOR DEVICES Jafar Usmonov Senior Lecturer, Bukhara Institute of Natural Resources Management, Bukhara, Uzbekistan Mirshod Abdullayev Assistant, Bukhara Institute of Natural Resources Management, Bukhara, Uzbekistan АННОТАЦИЯ В данной статье представлена информация о токе в полупроводниках, а также о научных достижениях и исследованиях. Приведены структура оптоэлектронных устройств из полупроводниковых элементов и их ком- позиционные свойства. Отражены возможности получения, строение, физические и химические свойства сол- нечных элементов. Сегодня для получения полезной энергии широко используются полупроводниковые при- боры, состоящие из полупроводниковых элементов при разной силе света. Представлены технические параметры устройств, позволяющие преобразовывать их в полезную энергию и направления их усовершенствования, решения задач конструкторской разработки. ABSTRACT This article provides information about the current in semiconductors, as well as scientific achievements and research. The structure of optoelectronic devices made of semiconductor elements and their compositional properties are presented. The possibilities of obtaining, structure, physical and chemical properties of solar cells are reflected. Today, to obtain useful energy, semiconductor devices are widely used, consisting of semiconductor elements at different light intensities. The technical parameters of devices are presented, which allow converting them into useful energy and directions for their improvement, solving design development problems. Ключевые слова: полупроводники, электричество, лаборатория «Полупроводниковые солнечные элементы», фотоэлектрическая энергия. Keywords: semiconductors, electricity, laboratory \"Semiconductor solar cells\", photovoltaic energy. ________________________________________________________________________________________________ Полупроводники — это вещества, занимающие Однако условия движения электронов в металлах и промежуточное положение между веществами, полупроводниках различны. Полупроводники обла- хорошо проводящими электричество (проводники, дают следующими основными характеристиками: в основном металлы), и веществами, практически электропроводность полупроводников увеличивается не проводящими электричество (диэлектрики). с повышением температуры (например, при повыше- Большинство элементов в периодической таблице нии температуры на 1 К удельная проводимость Менделеева расположены во II, III, IV, V и VI группах. полупроводников возрастает в 16-17 раз); кроме Ряд их соединений относится к группе полупровод- свободных электронов, в электропроводности ников. В полупроводниках, как и в металлах, электро- полупроводников участвуют и атомно-связанные проводность обусловлена движением электронов. электроны (в ряде случаев связанные электроны __________________________ Библиографическое описание: Усманов Ж.И., Абдуллаев М.Ш. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИ- КОВЫХ УСТРОЙСТВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13425

№ 4 (97) апрель, 2022 г. играют ключевую роль); добавляя небольшое коли- измениться на 5-6%. Воздействие света, ионизи- чество соединения к чистым полупроводникам, можно рующих излучений и т. д. на многие полупроводники резко изменить его проводимость (например, прово- и устройства на их основе также приводит к скачко- димость полупроводников увеличивается в 10000 раз образным изменениям электропроводности. Примеры при добавлении 0,01% соединения). В низких тралах включают различные полупроводниковые детекторы, удельное сопротивление полупроводников очень светоизлучающие диоды, светорезисторы и ряд других велико и на практике они являются изоляторами, но устройств [5]. Следует отметить, что полупровод- с повышением температуры концентрация носителей никовые свойства присущи не только твердым телам, заряда в них резко возрастает. Например, в чистом но и полупроводникам со стеклообразной аморфной кремнии концентрация свободных электронов при структурой, состоящей из органических соединений 20°C составляет ~ 1017 м-3. При 700°С она увели- в жидком состоянии. Они пока не нашли широкого чивается с 10 до 24 м-3 , т. е. более чем в миллион раз. применения в технике из-за ряда известных собствен- Такая резкая зависимость концентрации свободных ных недостатков. Среди веществ, обладающих электронов от траектории в полупроводниках полупроводниковыми свойствами от твердых тел, свидетельствует о том, что проводящие электроны много различных веществ, таких как кремний, образуются под действием теплового движения. германий, бор, алмаз, фосфор, сера, селен, теллур, В полупроводниковом кристалле атомы сшиты с многие природные минералы и ряд соединений: помощью валентных электронов. При тепловых GaAs, GaP, JnSb, SiC, ZnS, CdTe, GaSb и так далее. колебаниях атомов тепловая энергия неравномерно Эти полупроводники довольно сильно отличаются распределяется между валентными электронами. друг от друга своими разнообразными свойствами. Некоторые электроны могут разорвать связь со Поэтому разные полупроводники используются для своим атомом и иметь достаточно тепловой энергии, разных целей [6]. Однако в современной технике чтобы позволить им свободно перемещаться в широко используются несколько типов полупровод- кристалле и стать свободными электронами [1]. ников. Среди них кремний (Si), германий (Ge), мышьяк галлия (GaAs). В частности, кремний При отсутствии внешнего электрического поля является основным материалом в современной микро- электронике благодаря своим многочисленным эти свободные электроны движутся хаотично. Под свойствам, отвечающим сложным технологическим требованиям. действием электрического поля он движется в направлении, противоположном полю и генерирует Полупроводниковые материалы, в отличие от металлов, имеют два типа носителей тока, а именно ток в полупроводниках. Проводимость, создаваемая электроны и полости. Это означает, что на основе одного полупроводникового материала можно полу- свободными электронами, называется электронной чить материал n-типа с электронной проводимостью или материал p-типа с полой проводимостью. Эта или p-проводимостью [2]. особенность легла в основу «электроники твердого тела», что привело к открытию диодов (p-n) и Полупроводники-прекрасный тип вещества, выде- транзисторов, возникновению и развитию совре- менной микро- и наноэлектроники [7]. Это уникальное ляющийся на фоне остальных своими уникальными свойство полупроводниковых материалов положило свойствами. В целом, в зависимости от электропро- начало периоду технической революции в области технологий в жизни человека. водности, вещества делятся на три основных класса: Концепция, которой вообще не существовало в проводники (электропроводность более 106 Ом/см), металлах , позволила создать совершенно новый тип электронных устройств на основе полупроводников, полупроводники (электропроводность 10-8÷10-6 Ом/см) времени жизни и путей управления носителями тока (электронов и резонаторов). Это лазеры, фото- и диэлектрики (электропроводность менее 10-8 Ом/см). элементы и прочее. Полупроводниковые материалы Из приведенных данных видно, что электропровод- более чувствительны к внешним воздействиям (маг- нитному полю, излучению, давлению, свету и т. д. ) , ность полупроводников лежит в очень широких чем к электрическим, оптическим, магнитным свойствам. Эта уникальная особенность привела к пределах [3]. созданию принципиально новых фотоэлементов, фотоприемников [8]. Это обусловило чрезвычайно Однако одной из важных характеристик полупро- высокий уровень развития современных вычислений, робототехники и диагностики. Еще одной отличи- водников является то, что их электропроводность тельной особенностью полупроводниковых мате- риалов от металлов является то, что подвижность чрезвычайно чувствительна к типу и концентрации носителей тока сильно зависит не только от очень входов в них. Например, добавляя 10-7 ÷ 10-10 чистому высоких значений, но и от температуры и дефектов. По строению элемента и кристаллической решетке полупроводнику, его электрическая проводимость полупроводники делятся на шесть групп: может резко измениться. Однако еще одной важной особенностью полупроводников является то, что они очень чувствительны к температуре для электропроводности [4]. Такая связь может быть выражена следующим образом:  = V  exp Wa (1) kT здесь, σ - электропроводность при данной температуре, V - постоянное число Wa – энергия активации носителей заряда, K - постоянная Больсмана, Т - абсолютная температура. Например, при изменении температуры полу- проводника на 10С его электропроводность может 38

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Рисунок 1 Формирование структурных аларов БЭЙ Рисунок 2. Дополнительный нагрев образцов Si<B, Si2 ZnSe в монокристалле кремния ZnSe> T=4000C, t=4ч В общем, все элементарные полупроводники, а Освещение улиц и площадей и сооружений го- также большинство составных полупроводников родов и поселков на основе фотоэлектрических си- (AIIIBV и AIIBVI), а также некоторые сложные полу- стем. Фотоэлектрическая система для забора воды из проводниковые материалы связаны в тетраэдриче- скважин глубиной до 100 метров. Система фото- скую фазу, относящуюся к кристаллической решетке электрического преобразователя мощностью 50- алмазной или цинковой обманки, т. е. каждый атом 150 Вт, позволяющая получать 20 литров горячей окружен четырьмя атомами на одинаковом расстоя- воды и электроэнергии в час с температурой до нии. Спины, которые связывают соседние атомы 60°С. Фотоэлектрическая система электроснабже- близко друг к другу, объясняются электронной парой, ния теплиц. Автономная много функциональная направленной в противоположные стороны. Поэтому мобильная фотоэлектрическая система, генерирую- в элементарных полупроводниках можно считать, щая аварийные ситуации в аварийных ситуациях. что химическая связь образует 100% ковалентную В настоящее время лаборатория проводит исследо- связь. В сложных полупроводниках AIIIBV связь в вания по разработке фотоэлектрических элементов, виде иона – ковалентная. Сложные полупроводники аккумуляторов и устройств для эффективной работы в AIIBVI Некоторые связи являются ионными [9]. условиях жаркого климата республик Средней Азии . Элементарные полупроводники; Si, Ge и Sn. Полупроводниковые приборы, основанные на Сложные полупроводники AIIIBV ; AlAs, AlP, принципах фотоэлектрического и электрооптического GaAs, GaP, InAs и InP . преобразования сигналов, широко используются в составные полупроводники AIIBVI; CdS, CdSe, современной электронной технике. Первый из этих CdTe и ZnS. принципов заключается в том, что он вызывает из- Сложные полупроводники AIVBIV; SiC. SiGe . менение электрофизических свойств веществ в ре- составные полупроводники AVIBVI ; PbS , PbSe зультате поглощения световой энергии (квантов и PbTe . света). Это изменяет проводимость вещества или Сложные полупроводниковые материалы; создает электродвижущую силу (ЭДС), которая вы- зывает изменение тока в цепи, к которой подключен ZnxGa1-x As, ZnxHg1 - xTe . фоточувствительный элемент. Второй принцип связан Фотоэлектрические устройства собираются в с генерацией излучения в веществе, определяемым приложенным к нему напряжением и током, проте- лаборатории вместе с электронной системой контроля кающим через светоизлучающий элемент. Эти прин- и управления блоками (аккумуляторная система, ципы составляют научную основу оптоэлектроники - инверторы и контроллеры). Для внедрения в массовое нового научно-технического направления, использую- производство и использования в научных экспери- щего как электрические, так и оптические средства ментах в лаборатории полупроводниковых солнечных и методы для передачи, обработки и хранения данных. элементов разработаны и испытаны следующие оборудование и устройства: 1-100 АМ1, 5 и Si сол- нечного излучения с КПД 18% 2-50 Вт. солнечная батарея для зарядки мощных мобильных телефонов, ноутбуков и средств связи. Список литературы: 1. Бахадирханов М.К., Усмонов Ж.И. Аномальные фотоэлектрические явления в кремнии с многозарядными нанокластерами // Оптическим и фотоэлектрическим явлениям в полупроводниковых микро и наноструктурах // международный конференция // Узбекистан 2020 г 18-24 ст. 2. М.Ш. Абдуллаев, М.М. Хакимов. Перспективы использования солнечной энергии для автоматизации верти- кальных скважин в условиях Узбекистана. Управление качеством на этапах жизненного цикла технических и технологических систем: сборник научных трудов 3-й Всероссийской научно-технической конференции; Курск 2021. 15-19 ст. 39

№ 4 (97) апрель, 2022 г. 3. Усманов Ж.И. Изучение влияния многократно заряженных центров на время жизни носителей заряда в кремнии с многозарядными центрами. Путь наука The Way of Science 2020 № 2 (72). 4. Усманов Ж.И. Исследование влияния положения уровня ферми на фотопроводимость монокристаллического кремния Si<B, MN> с // Экономика и социум // 494-498 ст. 5. Усманов Ж.И. Исследование вопросов преобразования солнечного света // Управление качеством на этапах жизненного цикла технических и технологических систем // Узбекистан 2020 248-251 ст. 6. Усманов Ж.И. Многофункциональный датчик физических величин на основе кремния с наноструктурами атомов марганца // Путь наука The Way of Science 2021 № 2 (84) Россия Vol. II. 7. Усманов Ж.И. Разработка приборов на основе кремния с нанокластерами марганца со свойствами лавинно- пролётных диодов // международный научной конференция // Узбекистан // 2019 165-169 ст. 8. Усманов Ж.И. Разработка фотоэлементов для генерации субзонных фотоносителей. 25th International Scientific and Practical Conference «INNOVATION-2021» // Ташкент 2021 // 160-162 ст. 9. Усманов Ж.И. Спектральная зависимость фотопроводимости монокристаллического кремния от положения уровня ферми // Путь наука The Way of Science 2020 № 3 (73) Россия Vol. II. 40

№ 4 (97) апрель, 2022 г. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА DOI - 10.32743/UniTech.2022.97.4.13473 РАСЧЕТ ЧИСЛА И МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ “МИКРО” СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ МАЛЫХ ГЭС Пирматов Нурали Бердиярович д-р техн. наук, профессор, Ташкентский Государственный технический Университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент Е-mail: [email protected] Муминов Махмуджон Умурзакович ст. преподаватель, Алмалыкский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Алмалык E-mail: [email protected] Ан Артур Дмитриевич ассистент Алмалыкский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Алмалык E-mail: [email protected] Усманалиева Ирода Аблахат кизи студент, Алмалыкский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Алмалык E-mail: [email protected] CALCULATION OF THE NUMBER AND POWER OF SOLAR PANELS FOR EXCITATION OF “MICRO” SYNCHRONOUS GENERATORS OF SMALL HYDROELECTRIC POWER PLANTS Nurali Pirmatov Dr. tech. Sciences, professor, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent Mahmudjon Muminov Senior teacher, Almalyk branch of Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Almalyk Artur An Assistant, Almalyk branch of Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Almalyk Iroda Usmanalieva Student, Almalyk branch of Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Almalyk __________________________ Библиографическое описание: РАСЧЕТ ЧИСЛА И МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ “МИКРО” СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ МАЛЫХ ГЭС // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Приматов Н.Б. [и др.]. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13473

№ 4 (97) апрель, 2022 г. АННОТАЦИЯ Статья посвящена расчету числа и мощности солнечных панелей для возбуждения “микро” синхронных ге- нераторов малых гидроэлектростанций, а также рекомендовано использовать солнечные панели как резервного источника для системы возбуждения синхронных генераторов “микро” ГЭС и приведён пример расчета выбора числа и мощности солнечных панелей. ABSTRACT The article is devoted to the calculation of the number and power of solar panels for excitation of “micro” synchronous generators of small hydroelectric power plants, and it is also recommended to use solar panels as a backup source for the excitation system of synchronous generators of “micro” HPPs and an example of calculating the choice of the number and power of solar panels is given. Ключевые слова: микро, синхронный, генератор, расчет, обмотка, ротор, статор, панель, источник, постоянный ток, гидроэнергетика. Keywords: micro, synchronous, generator, calculation, winding, rotor, stator, panel, source, direct current, hydropower. ________________________________________________________________________________________________ Малая гидроэлектростанция – это гидроэлек- Расчет числа и мощности солнечных панелей для тростанция, вырабатывающая сравнительно малое возбуждения микро синхронных генераторов мощно- количество электроэнергии. Общепринятого для сти от 10 до 100 кВт ведем по следующему порядку: всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС при- 1. Мощность, затрачиваемая на обмотку возбуж- нята их установленная мощность. Объекты малой дения синхронных генераторов, составляет от 0.2 до гидроэнергетики условно делят на два типа: “мини” 5 % полезной мощности генератора Рг [2]. обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и “микро”, работающие в диапазоне от 3 до 100 кВт [3]. 2. Для расчета берём средний процент мощности 2.5 % затрачиваемая на обмотку возбуждения. Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, 3. Определяем мощность, затрачиваемую на об- сущность которого состоит в том, что на полюсах мотку возбуждения для “микро” синхронных гене- ротора располагают обмотку возбуждения [1]. раторов Рг равную от 10 до 100 кВт, коэффициент В настоящее время для синхронных машин малой и затрачиваемой энергии на систему возбуждения средней мощности в качестве возбудителя применя- генератора (Кв = 0). ются постоянные магниты или полупроводниковые вентильные преобразователи [1]. Рв = Рг ∙ Кв, кВт (1) По правилам эксплуатации синхронных генера- Расчеты заносим в таблицу 1.1. торов для аварийных режимов предусматривается ре- 4. Для расчета числа и мощности солнечных зервный источник. Солнечные панели могут служить панелей используем следующую упрошенную фор- резервным источником для обмотки возбуждения мулу [5]. генератора. Солнечные панели являются преобразова- телями солнечной энергии в электрическую энергию ������с.п = 1000 ∙ ������в ∙ 1.2 (2) постоянного тока, которую можно использовать для ������ ∙ ������ возбуждения автономных “микро” синхронных гене- раторов. Технический результат состоит в обеспе- где Pс.п. – сумма мощности солнечных модулей, Вт; чении прямого преобразования световой энергии Рв – необходимое суточное количество энергии в электрическую энергию постоянного тока с после- для возбуждения мини синхронного генератора, кВт; дующим суммированием полученной энергии и механической энергии вращения с одновременным К – сезонный коэффициент (летом 0.55, зимой 0.7, преобразованием полученной энергии в электри- ческую энергию переменного тока [4]. весной и осенью - 0,63); E – значение солнечной радиации (значения выбираем из таблицы 1.2). Таблица 1.1. Номинальные мощности мини синхронных генераторов Рг и расчетная средняя потребляемая мощности обмотки возбуждения Рв Мощность генератора 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Рг (кВт) Мощность обмотки возбуждения Рв (кВт) 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 Расчетную мощность панели надо увеличить потерь на заряд-разряд Аккумуляторной батареи (АБ) примерно на 20% (коэффициент 1.2) для компенсации и потери в соединительных проводах [5]. 42

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Среднедневная солнечная радиация Ташкентской области Таблица 1.2. Среднедневная солнечная Декабрь Март Июнь Сентябрь радиация, кВт∙час/м2 Январь Апрель Июль Октябрь Февраль Август Ноябрь Май 2.45 8.08 5.08 5.23 5. Расчет мощности солнечных панелей для рассчитываем мощность солнечных панелей для воз- летнего сезона с учетом сезонного коэффициента буждения микро синхронных генераторов и заносим К = 0.55 и значения солнечной радиации E = в таблицу 1.3. 8.08 кВт∙час/м2 (из табл. 1.2). Пользуясь формулой (2), Таблица 1.3. Расчетная мощность солнечных панелей для летного сезона Летний сезон 67.5 1235 243 324 404 405 472 540 607 675 Рс.п., Вт 6. Расчет мощности солнечных панелей для рассчитываем мощность солнечных панелей для осеннего и весеннего сезонов с учетом сезонного возбуждения микро синхронных генераторов и за- коэффициент К = 0.63 и значения солнечной радиа- носим в таблицу 1.4. ции E = 5.08 кВт∙час/м2. Пользуясь формулой (2), Таблица 1.4. Мощность солнечных панелей для осеннего и весеннего сезона Осенний и весенний 91 182 274 365 454 547 638 730 820 912 сезоны Рс.п., Вт 7. Расчет мощности солнечных панелей для зим- Пользуясь формулой (2), рассчитываем мощность него сезона с учетом сезонного коэффициент К = 0.7 солнечных панелей для возбуждения микро синхрон- и значения солнечной радиации E = 2.45 кВт∙час/м2. ных генераторов и заносим в таблицу 1.5. Таблица 1.5. Мощность солнечной панели для зимнего сезона Зимний сезон 175 350 523 701 877 1053 1228 1403 1578 1754 Рс.п., Вт 8. Рассчитываем число солнечных панелей ис- Используя формулу (3) рассчитываем требуемое ходя из расчетных мощностей таблицы 1.3, 1.4, 1.5. число солнечных панелей для возбуждения син- Приведем условный пример расчета количества сол- хронных генераторов от 10 до 100 кВт и результаты нечных панелей N мощностью 100 Вт, необходимых расчетов заносим в таблицу 1.6. для суточного электропотребления [5]. ������ = ������с.п. (3) 100 Таблица 1.6. Число солнечных модулей для возбуждения синхронного генератора мощности от 10 до 100 кВт. Мощность 68 135 243 324 404 405 472 540 607 675 Рс.м (Вт) Лето N модулей (штук) 1234445667 Мощность 91 182 274 365 454 547 638 730 820 912 Рс.м. (Вт) Осень -Весна N модулей (штук) 1234567899 Мощность 175 350 526 701 877 1053 1228 1403 1578 1754 Рс.м. (Вт) Зима N модулей (штук) 2 4 6 7 9 11 12 14 16 18 43

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Список литературы: 1. Баходиров А., Муминов М.У., Ан А.Д. Разработка модели синхронного генератора Г-273А, возбуждаемой от солнечной батареи // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 4(85). 2. Кацман М.М. Электрические машины: Учебник / М.: Издательство Высшая школа, 1990. - 461 c. 3. Муминов М.У., Сотиболдиев А.Ю. Разработка бесщёточного мини гидро-солнечного синхронного генератора // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2022. (94). 4. Синхронизированный аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор // Патент России № 2655379.2018. 5. Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Л.М.Четошникова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010.– 69 с. 44

№ 4 (97) апрель, 2022 г. ЭНЕРГЕТИКА ДОСТИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Абдурахимов Достон Рахимжон угли ассистент, Ферганский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Фергана E-mail: [email protected] ACHIEVING EFFICIENCY IN THE USE OF ASYNCHRONOUS MOTORS Doston Abdurahimov Assistant, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Fergana ABSTRACT Schemes, technical means for connecting the three-phase stator winding of an induction motor to a single-phase network, the main advantages and disadvantages of the motor are analyzed. Experiments were conducted on the connection of low-power three-phase asynchronous motors to a single-phase network, methods for achieving energy efficiency were developed, and power reductions were identified based on calculations. АННОТАЦИЯ Проанализированы схемы, технические средства для подключения трехфазной обмотки статора асинхронного двигателя к однофазной сети, проанализированы основные достоинства и недостатки двигателя. Проведены эксперименты по подключению трехфазных асинхронных двигателей малой мощности к однофазной сети, разработаны методы достижения энергоэффективности и на основе расчетов определены сокращения мощности. Ключевые слова: однофазная сеть, асинхронный двигатель, трехфазная обмотка, рабочий конденсатор, трехфазная сеть, короткозамкнутый ротор, приводной конденсатор, универсальный двигатель. Keywords: single-phase network, asynchronous motor, three-phase winding, working capacitor, three-phase network, short-circuited rotor, driving capacitor, universal motor. ________________________________________________________________________________________________ Введение Достижения науки и техники в обла- Результаты исследований. Анализ исследования сти систем электроснабжения также широко исполь- выявил несколько преимуществ трехфазного пита- зуются в области электромеханики. Использование ния перед однофазным: трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети набирает популярность. Однофазная обмотка • низкие капитальные затраты; получается путем соединения трех фаз асинхрон- ного двигателя последовательно с оставшимися • меньшие габариты и масса; двумя фазами однофазной обмотки, используемой в качестве пусковой [1]. Перенастройка трехфазного • высокая эффективность; асинхронного двигателя в однофазную сеть приво- дит к увеличению затрат на потребление, для чего • простота обслуживания и невысокая стои- в последнее время асинхронные двигатели средней мость обслуживания [3], [5]. мощности используются как однофазные, так и трех- фазные двигатели - универсальные асинхронные Для использования трехфазного двигателя в ка- двигатели. выпускаемые двигатели. Ротор такого честве однофазного двигателя в зависимости от об- двигателя также представляет собой простой корот- ласти применения его обмотки статора и конденса- козамкнутый ротор, а статор - трехфазную об- торы пускового пускателя Cп должны быть подклю- мотку [2]. чены по одной из схем, показанных на рисунке 1. Определены емкости конденсаторов на номиналь- Известно, что асинхронный двигатель с коротко- ную нагрузку. используя выражение (1) соответ- замкнутым ротором изготавливается в однофазном ственно: или трехфазном исполнении. ������п = 4800 ∙ ������н (1) ������н __________________________ Библиографическое описание: Абдурахимов Д.Р. ДОСТИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13441

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Снижение нагрузки на асинхронный двигатель снижает его КПД, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики [2],[6]. Рисунок 1. Схемы подключения трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети Когда основной трехфазный двигатель исполь- Для подключения трехфазного двигателя к од- зуется как однофазный, его мощность на 60-80% нофазной сети был собран и испытан эксперимен- выше, чем при использовании в качестве трехфазного тальный стенд. Номинальные параметры на испыта- двигателя. тельном стенде P=0,23 kW, Y/Δ=400/230 В, I=0,76/1,32 A, cosφ=0,79, n=1350 об/мин, установлен ������������ = (60 ÷ 80)������������������������ асинхронный двигатель с короткозамкнутым рото- ром. В ходе эксперимента была собрана электриче- Здесь ������������-мощность, получаемая асинхронным ская схема, изображенная на рисунке 2. Эксперименты двигателем при подключении к однофазной сети, проводились для 2-х различных значений рабочей ������������������������- мощность, получаемая асинхронным двигателем емкости конденсатора.. при подключении к трехфазной сети В эксперименте 1 результаты были получены Нет необходимости подключать приводной кон- путем подключения рабочего конденсатора емкостью денсатор к двигателю, когда он работает в режиме 18 мФ к приводу асинхронного двигателя. холостого хода [4-9]. В эксперименте использовалась схема, показанная на рис. 1б. Параметры, определенные на экспериментальном стенде, приведены в таблице 1. Рисунок 2. Экспериментальный стенд для работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазной сети В эксперименте 2 пусковой конденсатор был представлены в таблице 1. Результаты в таблице 1 подключен к пусковому конденсатору с емкостью показывают, что в первом эксперименте мощность 27 мФ, определенной на основе номинального напряжения и номинального тока двигателя с исполь- однофазного асинхронного двигателя составляла зованием уравнения (1). Полученные результаты 0,64PН от номинальной мощности трехфазного дви- гателя, а во втором эксперименте - 0,73Pн. 46

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Таблица 1. Результаты № С, мФ U, В I, A cosφ P, кВт 1 18 230 1.13 0,57 0,148 2 27 230 0,75 0,97 0,17 На рис. 3 показана зависимость КПД двигателя от мощности при использовании трехфазного асин- хронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазной и трехфазной сети [3]. Рисунок 3. Зависимость КПД двигателя от мощности при использовании трехфазного асинхронного двигателя с коротким замыканием ротора в однофазной (1) и трехфазной (3) сетях Предполагается, что трехфазный асинхронный стартера нужно подключить конденсатор, а суще- двигатель можно использовать в однофазной сети. ствует множество различных схем. Чтобы двигатель работал при номинальной нагрузке, его необходимо подбирать в соответствии 2. На практике этот способ нельзя использовать с нагрузкой на рабочий и приводной конденсатор. для длительной эксплуатации на промышленных и производственных предприятиях, так как снижение Заключение мощности снижает КПД двигателя и приводит к уве- личению материальных затрат и энергозатрат. По результатам эксперимента были сделаны следующие выводы: 3. В домашних условиях можно выполнять крат- косрочные работы с низким энергопотреблением. 1. Технически трехфазный двигатель можно ис- Такие устройства могут работать долгое время, но пользовать в однофазной сети. Для этого к обмотке при этом значительно возрастет плата за электриче- ство. Список литературы: 1. У.Иброҳимов “Электр машиналар” Ўқитувчи нашриёти –Т.: 1972 -175 б. 2. G.N.Mustafakulova, O.Z.Toirov, A.E.Bekishev “Maxsus elektromexanik o‘zgartkichlar” Darslik. – T.: 2020. 3. Руди Дмитрий Юрьевич “Рациональное использование трёхфазных асинхронных короткозамкнутых двигателей при однофазном электроснабжении”// Научные достижения и открытия 2017, УДК 621.31 P 40-44. 4. Mukhammadyusuf M., Sherzod P., Behzod A. Study of compensation of reactive power of short-circuited rotor of asynchronous motor //ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal. – 2020. – Т. 10. – №. 5. – С. 625-628. 5. Таиров Ш.М., Абдуллаев Б.Б. У. Чрезвычайные и критические изменения климата в странах центральной Азии //Universum: технические науки. – 2020. – №. 2-1 (71). 47

№ 4 (97) апрель, 2022 г. 6. Mukhammadjonov M.S., A.S. Tursunov, and D.R. Abduraximov. \"Automation of reactive power compensation in electrical networks.\" ISJ Theoretical & Applied Science, 05 (85) (2020): 615-618. 7. O’G’Li A. D. R., O’G’Li R. I. N. Problems of using alternative energy sources // Проблемы современной науки и образования. – 2019. – №. 12-1 (145). 8. Зокиров С.И., Абдурахимов Д.Р. Исследование производственных характеристик фотоэлементов с исполь- зованием фототермогенератора селективного излучения //приоритетные направления научных исследова- ний. – 2019. – С. 58-63. 9. Турсунов А.Ш., Абдурахимов Д.Р. Возможности повышения энергоэффективности в текстильной отрасли // Экономика. – С. 484-491. 48

№ 4 (97) апрель, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.97.4.13407 ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЙ СКВАЖИНЫ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ МЕТОДОМ ОРЭ НА ПЛОЩАДИ СЕВЕРНЫЙ ГОТУРДЕПЕ Деряев Аннагулы Реджепович канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Научно-исследовательский институт природного газа ГК «Туркменгаз», Туркменистан, г. Ашгабат E-mail: [email protected] CEMENTING OF AN INCLINED-DIRECTIONAL WELL FOR DEVELOPMENT BY THE METHOD OF DUAL COMPLETION ON THE NORTHERN GOTURDEPE SQUARE Annaguly Deryaev Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Scientific Research Institute of Natural Gas of the State Concern \"Turkmengas\", Turkmenistan, Ashgabat АННОТАЦИЯ При цементировании в продуктивный пласт создается высокое гидродинамическое давление, которое обес- печивает проникновение цементного раствора в поры и трещины продуктивного пласта и часто приводит к гид- роразрыву пласта с последующим уходом в него значительных объемов цементного раствора, на что указывают случаи недоподъема цементного раствора до расчетного уровня. Вот почему весьма важной задачей при цемен- тировании эксплуатационной колонны является снижение гидродинамического давления цементного раствора на продуктивный пласт и, по возможности, полное исключение контакта цементного раствора с продуктивным пластом. ABSTRACT During cementing, a high hydrodynamic pressure is created in the productive formation, which ensures the penetra- tion of cement mortar into the pores and cracks of the productive formation and often leads to hydraulic fracturing of the formation, followed by the withdrawal of significant volumes of cement mortar into it, as indicated by cases of under- raising of cement mortar to the calculated level. That is why a very important task when cementing an operational column is to reduce the hydrodynamic pressure of the cement mortar on the productive formation and, if possible, completely eliminate the contact of the cement mortar with the productive formation. Ключевые слова: призабойная зона, флюидонасыщенность, загустевание, продавочная жидкость, жидкость затворение, гидроразрыв, прочность. Keywords: bottomhole zone, fluid saturation, thickening, salting fluid, sealing fluid, hydraulic fracturing, strength. ________________________________________________________________________________________________ Технология процесса цементирования обсадной ГОСТ и ТУ, и соответствовать геолого-техническим колонны определяется ее типоразмером, конкрет- условиям скважины. ным геолого-техническими условиями скважины, уровнем технической оснащенности цементировоч- За 7-10 суток до цементирования скважины ным оборудованием и накопленным опытом прове- необходимо произвести отбор проб для анализа там- дения операций по цементированию в данном рай- понажного материала на соответствие его к цемен- оне бурения. тированию обсадной колонны данной скважины. Тампонажный материал для цементирования Подбор рецептур тампонажного раствора осу- обсадной колонны следует выбирать в зависимости ществляется лабораториями Тампонажного управ- от геолого-технических условий пробуренной сква- ления и института. В лаборатории вместе с пробами жины: плотности бурового раствора; статической цемента, химреагентов следует доставить пробы бу- температуры в призабойной зоне; характеристик рового раствора, воды (морской или технической) флюидонасыщенности пластов и агрессивности для затворения цемента и химреагентов для подбора флюидов; состава горных пород в разрезе скважин. рецептуры тампонажного раствора. Тампонажный материал для цементирования обсад- ных колонн должен удовлетворять требованиям По результатам испытаний проб тампонажного материала составляется акт о результатах подбора ре- цептуры. __________________________ Библиографическое описание: Деряев А.Р. ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЙ СКВАЖИНЫ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ МЕТОДОМ ОРЭ НА ПЛОЩАДИ СЕВЕРНЫЙ ГОТУРДЕПЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13407

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Подбор рецептуры тампонажного раствора необ- учетом технических характеристик выбранного обору- ходимо производить не менее чем за 5 суток до цемен- дования, объемов тампонажных растворов и продавоч- тирования. За сутки до цементирования скважины сле- ной жидкости, а также практического опыта цементи- дует провести контрольный анализ рецептуры тампо- рования обсадных колонн на данной площади. нажного раствора. До начала цементирования (при необходимости) Учитывая АВПД (аномально высокое пластовое подготавливают площадку на буровой для размещения давление) на площадях Западной части Туркменистана цементировочной техники, устанавливают дополни- цементирование скважин осуществлять только при тельные емкости, монтируют водоводы и электроосве- наличии совпадающих анализов тампонажного рас- щение площади для работы в ночное время. твора, выданных лабораторией подрядчика по цемен- тированию, а при цементировании глубоких колонн Расстановку техники для цементирования обсад- (более 3500м) - института. ных колонн следует осуществлять в соответствии с накопленным производственным опытом и с учетом Необходимо иметь в виду, что запрещается приме- требований схем их рационального размещения и об- нение тампонажного цемента без проведения лабора- вязки. торного анализа в условиях, соответствующих цемен- тированию этой колонны (температура, давление, К моменту окончания спуска обсадной колонны начало и конец схватывания, загустевание, прочность мерные емкости цементировочных агрегатов (или спе- и другие) [5]. циально подготовленные для этой цели емкости) за- полняют жидкостью затворения, приготовленной в со- Потребное количество тампонажного материала ответствии с рецептурой с 25%-ным резервным объе- для цементирования обсадной колонны определяется мом. Оставшиеся свободными мерные емкости агрега- по данным геофизических исследований, расчета и тов следует заранее заполнить буферной и продавоч- промыслового опыта крепления скважин на конкрет- ной жидкостью. ной площади. Перед началом цементирования смонтированную Буровая организация, проводящая бурение сква- обвязку линий высокого давления агрегатов подвер- жины, заблаговременно за несколько суток до начала гают гидравлической опрессовке давлением, величина работ по креплению, передает в Тампонажное управ- которого в полтора раза превышает максимальное ление (цех управления) заявку на цементирование об- ожидаемое давление в процессе цементирования. садной колонны. Готовность цементировочного оборудования и об- На выделение цементировочного оборудования вязки к выполнению операции проверяет ответствен- для производства работ по цементированию колонн, ный представитель Тампонажного управления, кото- включая подготовку и доставку на буровую тампонаж- рый перед началом работы проводит инструктаж чле- ной техники и материалов, буровая организация по- нов тампонажных бригад (звеньев) с указанием оче- дает заявки тампонажной службе в следующие сроки: редности ввода в работу машин, заданных режимов ра- боты агрегатов, допустимых максимальных давлений На выполнение сложных операций, связанных с и параметров плотности тампонажных растворов, а нагнетанием жидкостей под большим давлением (бо- также распределяет расчетные объемы продавочной лее 200 кг/см2) и применением специальных много- жидкости и дает другие указания в соответствии с пла- компонентных тампонажных материалов - за 10 суток ном работ на крепление скважины. до начала работ; Цементирование обсадной колонны следует осу- В остальных случаях - за 3 суток. ществлять в соответствии с принятой технологией и После получения заявки Тампонажное управление практического опыта крепления скважин на данной осуществляет соответствующую подготовку цементи- площади. Процесс цементирования обсадной колонны ровочной техники и оборудования к работе, подбирает следует организовать так, чтобы он был непрерывным. рецептуры тампонажных растворов и после согласова- ния ее с буровой организацией, готовит тампонажные Во всех случаях цементирования обсадных колонн материалы и доставляет их на буровую. Тампонажное после окончания продавливания тампонажных раство- управление обязано заблаговременно доставить на бу- ров в затрубное пространство избыточное давление в ровую необходимое количество тампонажной тех- цементировочной головке рекомендуется снижать до ники, оборудования и материалов не позже, чем за 8 атмосферного. В период ОЗЦ (ожидание затвердение часов до начала работ по цементированию обсадной цемента) один из кранов цементировочной головки колонны. должен оставаться открытым [1]. Поданный на буровую цемент, загруженный в бункеры смесительных установок более чем за трое су- Исключение составляют случаи нарушения герме- ток до начала работ по цементированию колонны, под- тичности обратных клапанов в обсадных колоннах, ко- лежит перебункеровке [2]. гда необходимо повторно закачать в обсадную ко- Буровая организация обязана уточнить время го- лонну продавочную жидкость в объеме излившемся товности скважины к цементированию не позже, чем при снижении давления, создав избыточное давление, за одни сутки до начала работ. которое на 10-15 кг/см2 превышает рабочее давление, Необходимое число единиц цементировочных аг- и закрыть кран на цементировочной головке. В этих регатов, цементосмесительных машин и другой тех- случаях во время ОЗЦ следует контролировать и пери- ники определятся расчетом крепления скважины, и с одически снижать давление на цементировочной го- ловке, не допуская его роста относительно начального 50

№ 4 (97) апрель, 2022 г. более чем па 15 кг/см2. После прекращения роста дав- Цементирование всех обсадных колонн проекти- ления в период ОЗЦ избыточное давление в цементи- руется прямой заливкой со сплошным замещением бу- ровочной головке снижают до атмосферного. рового раствора цементным по затрубному простран- ству на расчетную высоту, с оставлением цементных По окончании цементирования обсадной ко- стаканов внутри обсадных труб 20 - 25м. лонны, перекрывающей пласты с АВПД или газовые горизонты, на период ОЗЦ рекомендуется герметизи- Материалы (сухой цемент и химические реагенты) ровать затрубное пространство и обеспечить дежур- для цементирования каждой обсадной колонны проек- ство цементировочного агрегата, обвязанного с устьем тируются в зависимости от геолого-технических усло- скважины. На данной скважине, которая может иметь вий проводки скважины: плотности бурового рас- тенденцию к газонефтеводопроявлениям (ГНВП) в пе- твора; статической температуры в призабойной зоне; риод ОЗЦ. наряду с герметизацией затрубного про- характеристик флюидонасыщенности пластов и агрес- странства скважины в нем следует создать расчетное сивности флюидов; состава горных пород в разрезе избыточное давление, не допуская гидроразрыва пла- скважины. стов или нарушения обсадных колонн. Жидкости затворения и продавливания тампонаж- В период ОЗЦ также, как и в процессе цементиро- ного раствора, также должны быть подвергнуты кон- вания, обсадную колонну оставляют подвешенной на тролю и, в случае необходимости, регулированию их талевой системе, что обеспечивает возможность в слу- свойств. Поэтому в лаборатории наряду с пробами це- чае самопроизвольного роста нагрузок на крюке сни- мента, химреагентов следует доставить пробы буро- жать их до исходной величины. вого раствора, воды (морской или технической) для за- творения цемента и химреагентов для подбора рецеп- В период ОЗЦ следует вести контроль за состоя- туры тампонажного раствора. Подбор рецептур тампо- нием скважины. В вахтовом (буровом) журнале запи- нажного раствора необходимо производить в соответ- сывают динамику процесса роста и снижения давле- ствии с действующими методиками и государствен- ния на устье, а также объемы жидкости, излившейся из ными стандартами. По результатам испытаний тампо- обсадной колонны и другие данные. нажного материала составляется акт о результатах подбора рецептуры. За сутки до цементирования об- На период ОЗЦ предусматривается работа садной колонны следует произвести контрольный ана- (дежурство) цементировочной техники, обвязанного с лиз рецептуры тампонажного раствора. устьем скважины: При расчете потребного количества и выборе ти- • Ø 426мм кондуктор - ЦА-320 (24 часа х пов единиц цементировочной техники учтены требо- вания схем их рационального размещения и обвязки в 1 тр.ед.); соответствии с накопленным производственном опы- том, а также указаний «Методики расчета режима це- • Ø 323,9мм промежуточная колонна - ЦА-400 и ментирования обсадной колонны и выбора количества единиц цементировочной техники». ЦА-320 (24 часа х 2 тр.ед.); Цементирование всех обсадных колонн проекти- • Ø 244,5мм промежуточная колонна - ЦА-400 и руется прямой заливкой со сплошным замещением глинистого раствора цементным по затрубному про- ЦА-320 (24 часа х 2 тр.ед.); странству на расчетную высоту, с оставлением це- До окончания установленного срока ОЗЦ ментных стаканов 20 м. (не менее 24 часов) и монтажа на устье скважины про- Тампонажный цемент затворяется на морской тивовыбросового оборудования (или колонной го- воде с добавлением замедлителя схватывания ФХЛС - ловки) не следует производить работы, связанные с до 1% , стабилизатора температуры хромпика - до разбуриванием в обсадной колонне цементного ста- 0,1%, пеногасителя ХТ-48 до О,1% к весу сухого це- кана и элементов технологической оснастки [3]. мента. Технология процесса цементирования обсадной Потребное количество тампонажного материала и колонны определяется её типоразмером, конкретными химических реагентов для цементирования обсадных геолого-техническими условиями скважины, уровнем колонны корректируются на фактические условия по технической оснащенности цементировочным обору- данным геофизических исследований, результатов дованием и накопленным опытом проведения опера- расчета и подбора рецептуры тампонажного раствора, ций по цементированию в данном районе работ. а также промыслового опыта крепления скважин [4]. Все работы по цементированию выполняются в Основные результаты расчетов каждой операции соответствии с «Планами работ по подготовке, спуску цементирования сведения об объемах буферной жид- и цементированию обсадных колонн», утвержденным кости, тампонажного материала, химических реаген- главным инженером и согласованным с главным гео- тов, используемой тампонажной техники приведены в логом буровой организации. «Планы работ...» состав- таблицах 1, 2, 3. ляются ПТО буровой организации на основании тре- бований «Инструкции по креплению нефтяных, газо- конденсатных и нагнетательных скважин» (ВНИИКР- нефть, 1990), настоящего проекта (включая «Исход- ные данные») и фактических геолого-технических данных проводки скважины. 51

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Таблица 1. Общие сведения цементирования обсадных колонн Номер Способ Данные по раздельно Данные Интервал ко- цементи- спускаемой части колонны о каждой ступени глубины це- лонны рования в по- Название (прямой, номер в Интервал Номер Высота це- название ментирования, рядке колонны ступенча- порядке установки ментного м спуска тый, об- спуска ступени стакана, м порции там- ратный) от до цементи- понажного от до (низ) (верх) (низ) рования раствора (верх) 1 Направление прямой 1 0 30 1 10 ПЦТ-50 обл 0 30 2 Кондуктор прямой 1 0 600 1 20 ПЦТ-100 обл 0 600 3 I промежуточная прямой 1 0 2700 1 20 ПЦТ-100 0 2700 4 II промежуточная прямой 1 0 4206 1 20 ПЦТ-100 0 4206 Таблица 2. Потребное для цементирования обсадных колонн количество материалов ГОСТ, ОСТ, ТУ, Потребное количество МРТУ и т.д. №№ название Ед. изме- номера колонн Суммар- пп или (шифр) на изготовление рения ное на 1 т 4,6 234567 4,6 т- 59 1 ПЦТ-50 обл TDS1581-96 -- - 286 т- 59 - - 1,4 2 ПЦТ-100 обл TDS1581-96 0,34 т- 3 ПЦТ-100 TDS1581-96 т- - 162 124 1,4 5 ПАА ТУ17-06-326-97 0,56 0,48 0,32 6 Хромпик ГОСТ 2652-78Е 0,14 0,12 0,08 7 КССБ-2 ТУ2454-325- т - 0,56 0,48 0,32 05133190-2000 8 вода морская м3 3 40 92 72 207 Таблица 3. Компонентный состав жидкостей для цементирования и характеристики компонентов Номер номер части Тип или Плот- Влаж- Норма ко- ность, ность, Название колонны в название Название г/см3 Сорт расхода лонны в колонны компонента % компо- порядке порядке жидкости для спуска спуска цементирования нента, кг/м3 1 Направление 1 Тампонажная ПЦТ-50 обл 2,6 - - 1059 вода 1,03 - - 0,56 м3/тн ПАА (П1545) 1,27 - 1 80 ВУРС Хромпик 2,52 1 1 20 2 Кондуктор 1 КССБ- 2 1,39 <10 - 80 ПЦТ-100 2,6 - - 1059 Тампонажная 1,03 - - 0,56 м3/тн вода 52

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Номер номер части Тип или Плот- Влаж- Норма ко- ность, ность, Название колонны в название Название г/см3 Сорт расхода лонны в колонны компонента % компо- порядке порядке жидкости для спуска спуска цементирования нента, кг/м3 ПАА (П1545) 1,27 - 1 80 ВУРС Хромпик 2,52 1 1 20 3 I промежуточ- 1 КССБ- 2 1,39 <10 - 80 ная ПЦТ-100 3,1 - - 1216 Тампонажная 1,03 - - 0,55м3/тн вода ПАА (П1545) 1,27 - 1 80 ВУРС Хромпик 2,52 1 1 20 Тампонажная КССБ- 2 4 II промежуточ- 1 ПЦТ-100 1,39 <10 - 80 ная вода 3,1 - - 1216 1,03 - - 0,55м3/тн После первичного цементирования и установки б) Опрессовка обсадной колонны и устьевого цементных мостов для изоляции опробованных объ- оборудования на прочность и герметичность нагнета- ектов, каждая обсадная колонна должна подвер- нием воды: гаться испытанию для проверки качества цементи- рования, определения её прочности и герметично- Ø 426мм кондуктор - нагнетанием воды в кольце- сти. вое пространство между колонной и спущенными бурильными трубами и созданием избыточного дав- Испытания предусматривают проверку: ления в кольцевом пространстве на устье 70 кг/см2; Расположения цемента за обсадной колонной и контактов цементного камня с обсадными трубами Ø 323,9мм промежуточная колонна - нагнетанием известными геофизическими исследованиями (термо- воды в кольцевое пространство между колонной и метрия, ОЦК, с помощью цементомера, АКЦ и дру- спущенными бурильными трубами и созданием из- гие); быточного давления в кольцевом пространстве на Герметичности цементного кольца промежуточ- устье 260 кг/см2; ных обсадных колонн, на которых устанавливается противовыбросовое оборудование (ПВО); Ø 244,5мм промежуточная колонна - нагнетанием Прочности и герметичности всех обсадных ко- воды в кольцевое пространство между колонной и лонн внутренним избыточным давлением (опрес- спущенными бурильными трубами и созданием из- совкой), а эксплуатационной колонны закачкой быточного давления в кольцевом пространстве на инертного газа (азот) в приустьевую часть. устье 480 кг/см2; Обсадные колонны опрессовывают предвари- тельно буровым раствором, применявшейся при Ø 139,7мм эксплуатационный щелевой хвосто- продавке цементного раствора, а затем водой. У экс- вик - не подлежит опрессовке. плуатационной колонны приустьевую часть - инертным газом (азот). Техническая колонна Ø245мм, несущая нагрузки Опрессовка обсадных колонн с установленным в качестве эксплуатационной колонны, и ее приусть- устьевым оборудованием и полной обвязкой до евая часть после опрессовки водой дополнительно вскрытия башмака выполняется дважды: испытывается на герметичность нагнетанием инерт- а) Предварительная опрессовка устьевого обо- ного газа (азота) с помощью компрессора высокого рудования и обсадной колонны, заполненной буро- давления в кольцевое пространство до давления вым раствором, перед сменой раствора на воду: 60 кг/см2, при свободном изливе воды из насосно- Ø 426 мм кондуктор - давлением 55 кгс/см2 на компрессорных труб, с последующим сжатием растворе плотностью 1,26 г/см3; воздушной подушки с помощью цементировочного Ø 323,9 мм промежуточная колонна - давлением агрегата через насосно-компрессорные трубы и со- 138 кгс/см2 на растворе плотностью 1,45 г/см3; зданием избыточного давления на устье 480 кг/см2. Ø 244,5мм промежуточная колонна - давлением 312 кгс/см2 на растворе плотностью 1,4 г/см3; После опрессовки давление в колонне снижать Ø 139,7мм эксплуатационный хвостовик - не только стравливанием воздуха, в противном случае подлежит опрессовке. насосно-компрессорные трубы будут смяты. Приме- нение обратного клапана в нагнетательной линии цементировочного агрегата обязательно. Обсадные колонны вместе с установленным противовыбросо- вым оборудованием после разбуривания цементного стакана и выхода из под башмака на 1,0 - 3,0 м для проверки герметичности цементного кольца подвер- 53

№ 4 (97) апрель, 2022 г. гаются повторной опрессовке при спущенной буриль- Испытание устьевой части Ø 323,9мм промежу- ной колонне с закачкой на забой порции воды в точной колонны на остаточную прочность и проти- объёме, обеспечивающем подъём её на 10 - 20 м вовыбросового оборудования в процессе проводки выше башмака: скважины, производить по принятой методике (установкой пакера или цементного моста), в соответ- Для кондуктора Ø 426мм - избыточным давлением ствии с «Технологическим регламентом на проверку 12 кгс/см2 при плотности бурового раствора 1,28 г/см3; герметичности обсадных колонн и устьевого обору- дования методом опрессовки», при глубинах 3200м, Для 1 промежуточной колонны Ø 323,9мм - из- 3700м, 4000м и в дальнейшем через каждые 200м, но быточным давлением 47 кгс/см' при плотности бу- не реже 1 раза в месяц. рового раствора 1,38 г/см3; Работы по испытанию колонн на герметичность Для II промежуточной колонны Ø 244,5мм - из- проводятся с соблюдением действующих правил и быточным давлением 150 кгс/см2 при плотности бу- инструкций по безопасности под руководством рового раствора 1,46 г/см3; лица, ответственного за проведение этих работ. Примечание: Давления опрессовки обсадных Результаты испытания колонн на герметичность колонн подлежат коррекции на фактические условия; оформляются специальным актом по установленной форме. Технология испытания колонн на герметичность регламентируется «Инструкцией по испытанию Расчеты произведены в соответствии «Инструк- скважин на герметичность»; цией по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин» (РД 39-7/1-0001-89, ВНИТнефть) Во всех случаях опрессовок в открытом стволе, и «Инструкции по испытанию скважин на герметич- давление до расчетного, доводить плавно в течение ность». 15 - 20 минут. Список литературы: 1. Барановский В.Д., Булатов А.И., Крылов В.И. Крепление и цементирования наклонных скважин – М.: Недра 1993. 2. Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине. – М.: Недра, 1993-1996. – т.1-4. 3. Ванифатьев В.И., Цырин Ю.З. Крепление скважин с применением проходных пакеров. – М.: Недра, 1983. 4. Данюшевский В.С., Алиев Р.М., Толстых И.Ф., Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра,1987- 373 с. 5. Долгих Л.Н., Крепление, испытание и освоение нефтяных и газовых скважин: Учебное пособие – Пермь.: 2007. 54

№ 4 (97) апрель, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.97.4.13460 ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТОЙ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕТОДОМ ОДНОВРЕМЕННОЙ РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Деряев Аннагулы Реджепович канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Научно-исследовательский институт природного газа ГК «Туркменгаз», Туркменистан, г. Ашгабат E-mail: [email protected] SUBSTANTIATION OF THE ACCEPTED METHODOLOGY FOR FORECASTING TECHNOLOGICAL INDICATORS OF DEVELOPMENT FOR GAS CONDENSATE DEPOSITS DURING DEVELOPMENT BY THE THE METHOD OF DUAL COMPLETION Annaguly Deryaev Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Scientific Research Institute of Natural Gas of the State Concern \"Turkmengas\", Turkmenistan, Ashgabat АННОТАЦИЯ При одновременной раздельной эксплуатации (ОРЭ) двух...трех пластов они изолируются друг от друга и в скважину спускается соответствующее количество колонн НКТ. В результате обеспечивается раздельная разра- ботка пластов. В результате работа каждого пласта не влияет на характер эксплуатации других. И в каждом пласте можно проводить необходимые исследования и поддерживать заданный режим работы. ABSTRACT In case of dual completijy of two ... three layers, they are isolated from each other and the corresponding number of tubing strings is lowered into the well. As a result, separate development of layers is provided. As a result, the operation of each layer does not affect the nature of the exploitation of others. And in each reservoir, it is possible to carry out the necessary research and maintain a given mode of operation. Ключевые слова: законтурный область залежей, газоконденсатные горизонты, коэффициент конденсатоотдачи, плотность газа, расход жидкости. Keywords: aquifer area of deposits, gas condensate horizons, condensate recovery coefficient, gas density, liquid flow rate. ________________________________________________________________________________________________ Установление параметров эксплуатации сква- • малое количество экспериментальных опре- жин и прогноз показателей разработки выполнен на делений коэффициента конденсатоотдачи. базе запасов газоконденсатных горизонтов и участ- ков по которым не обнаружено наличие нефтяных Для максимального использования имеющихся оторочек. Следует отметить, что по месторождению данных по замерам пластового давления и прибли- имеется ряд неопределенностей в оценке отдельных жения результатов прогноза динамики пластового параметров, способных влиять на точность конеч- давления к реальным условиям был использован ных результатов расчетов. Основными из них явля- следующий методический прием. ются: На основе анализа промысловых данных с ис- • степень активности законтурной области за- пользованием имеющихся практических данных по лежей и предвидение его влияния на динамику ре- замерам пластовых давлений для горизонтов построен жимов дренирования в будущем; в безразмерной форме график изменения пластового давления от накопленного отбора газа (рис. 1 ): • недостаточное количество замеров пластового давления, невозможность установления закономер- Р пл = ƒ( Q г ) (1) ности его изменения во времени для большинства горизонтов; Р пл - отношение текущего значения пластового • недостаточное количество определений давления к его начальному значению; фильтрационных параметров «а» и «в» для осредне- ния их по отдельным объектам разработки; __________________________ Библиографическое описание: Деряев А.Р. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТОЙ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗА ТЕХНОЛОГИ- ЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕТОДОМ ОДНОВРЕМЕННОЙ РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13460

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Q г - отношение накопленного отбора газа к его 2. С использованием фильтрационных коэффици- ентов «А1» и «В1», при известном дебите газа q1 и начальным извлекаемым запасам. величине пластового давления Р1, определяется При определении начальных извлекаемых запа- забойное давление Рс1. сов газа был принят ожидаемый конечный коэффи- Pc1 = P12 P − ( A1 q1 + B1 q 2 ) (3) циент извлечение газа, равный 0,85. 1 При построении этих графиков было принято во 1. Из-за незначительности расстояния от нижнего внимание то обстоятельство, что режим дренирования пласта до пакера и от пакера до верхнего пласта для газоконденсатных залежей месторождения Корпедже, упрощения дальнейших расчетов принимаем как и других залежей региона, является смешанным. По опыту разработки газоконденсатных залежей Р1 = Рс1 и Р3= Р2. Западного Туркменистана известно, что в процессе Здесь давление Р2 определяется по формуле: их эксплуатации наряду с газовым режимом появля- ется, и напор краевых и подошвенных вод, причем P2 = e −Son P1 2 − 1.377λn Z Т2 ср.п 2 ср.п Q 2 см1 (е 2Son − 1) доля его во времени увеличивается [1]. ρпd 5 вн.п Поэтому в конце разработки залежей в пластах (4) сохраняется значительное величине давление. В боль- шинстве случаев величина конечного пластового 4.Принимая потери давления при входе газа из давления составляет 10-30 % от его первоначаль- верхнего пласта в НКТ равным 3 атм, забойное дав- ного значения. ление Рс2 определяем по формуле: В расчетах были использованы изотермы диф- Pc2 = P 3.+3 (5) ференциальной конденсата в пластовых условиях, приведенные в работе [2, 3]. Эти данные для удобства 5. Изменение пластового давления по верхнему проведения расчетов на компьютере предвари- пласту контролируется зависимостью: тельно были обработаны полиномами. Pпл..2 = ƒ(Qг2 ) (6) Оценочные расчеты параметров ОРЭ газокон- денсатной скважины были выполнены для случая 6. При известных величинах пластового и подъема продукции двух пластов по одной колонне забойного давлений определяется дебит скважины (см. схему на рис. 2), что соответствует применению по верхнему пласту по формуле: комплекса внутрискважинного оборудования типа КСГ. q1 = - A2 +  A2  2 + P2 + Р 2 (7) B2 B2 пл .2 с2 Последовательность расчета, следующая. 1. По нижнему пласту предварительно рассчиты- В2 вается годовая и накопленная добыча газа, а также средний дебит скважин по газу (q1) на перспективу 7. Общий дебит газа равен: для варианта разработки его самостоятельной сеткой скважин. q = q 1. +q 2 (8) При известных накопленных отборах (Q1) опреде- ляется динамика пластового давления по нижнему плату по формуле: Pпл..нач1 = P ƒ( Qпл..нач. г1 ) (2) 8. Расчет устьевого давления для случая подъ- ема газожидкостной смеси двух пластов по одной колонне НКТ определяем по формуле: Pу = e - Son P32 − 1.377λм Z Т2 2 Qc2м .общ ( e 2Son − 1) (9) ср.т ср.т ρт d 5 вн.т где S0 ρρL : ρ =  + (1 −  ) ρж ; = 0.03415 ρг.р. Z срTср ρг.р. = ρг Рср.Т ст :  β= Qж ; РатTср (Qг.р.Qж ) Qг . р. = Qг .Рат.Тср : Qсм = Gг + Gж ; (10) РсрTст ( г ) Gг = Qг ρг ; ρ = ρг ;Tст = 2930 K ρв 56

№ 4 (97) апрель, 2022 г. (Z 2 срT 2 ср d5 θ = 1,377λ (e 2S − 1) ρг., ρв., ρж - плотность газа, воздуха и жидкости, Gж, Gг, - массовый расход жидкости и газа, т/сут; соответственно, кг/м3; Qсм, Qж, Qг - объемный расход газожидкостной смеси, жидкости и газа соответственно при Рат и Тст, ρг.р., Qг.р - соответственно плотность и дебит газа тыс.м3/сут. в стволе скважины в рабочих условиях, кг/м3 и тыс.м3сут; Рисунок 1. Графики изменения пластового давления от накопленного отбора газа Рисунок 2. График параметров ОРЭ газоконденсатной скважины при подъеме продукции двух пластов по одной колонне 57

№ 4 (97) апрель, 2022 г. Истинное объемное газосодержание надо опре- большему, чем больше разница между количеством делять экспериментально как отношение истинного жидкости в скважине и выносящимся потоком газа. Коэффициент гидравлического сопротивления λ объема газа Vu в скважине к объему ствола необходимо определять по результатам исследований скважин на различных режимах. Ввиду отсутствия  = 4Vг Однако, в связи с большими трудно- таких исследований его значение принято по [4, 5], πD 2 L для трубы λт = 0,025 и для пакера λп = 0,0815. стями таких измерений его можно оценить по рас- Все величины (Zср ρг.р, Qг.р., β и др.), зависящие от Рср, рассчитываются методом последовательных ходному газосодержанию β согласно вышеприве- приближений. денной формуле (10). Поскольку всегда φ <β, использование β вместо φ приводит к занижению забойного давления тем Список литературы: 1. Изучение и моделирование взаимодействия систем газ, конденсат, нефть. Пластовая вода в залежах Юго- Западной Туркмении (договор 18/91). Отчет по теме ДСП (Туркменский Государственный научно-исследо- вательский и проектный институт нефтяной промышленности). Руководитель Сапаров А., Таганклычев А., Зелепукин И.Ф., Небит даг,1991. 2. Проект опытно-промышленной эксплуатации газоконденсатных залежей месторождения Корпедже //Отчет// 93, НИПФИНГ. - Небит-Даг, 1994. 3. Джапаров А., Игнатьев В.Г. Разработка предложений по выбору технологических схем и оборудования для одновременно-раздельной эксплуатации газоконденсатных пластов в проектируемых газовых скважинах на месторождении Корпедже (Заключительный отчет по х/д 35/99),2000. 4. Джапаров А., Игнатьев В.Г. Технологическая схема опытнопромышленной эксплуатации газоконденсатных залежей месторождения Корпедже с применением технологии одновременно-раздельной эксплуатации газоконденсатных пластов (копия заключительного отчета по х/д 35/99),2000. 5. Джапаров А., Ханчаров Н. Дополнение к \"Технологической схеме опытно-промышленной эксплуатации газоконденсатных залежей месторождения Корпедже с применением технологии одновременно-раздельной эксплуатации газоконденсатных пластов\", 2010. 58

№ 4 (97) апрель, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.97.4.13484 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ Исмаилов Рашад Телман д-р философских наук по техники. и.о. доцент Азербайджанский Архитектурно–Строительный Университет, Республика Азербайджан, г. Баку E-mail: [email protected] Кулиев Джамиль Тахир преподаватель, Строительный Колледж при Азербайджанском Архитектурно Строительном университете, аспирант, Киевский национальный Университет строительства и архитектуры, Республика Азербайджан, г.Баку, E-mail: [email protected] IMPROVEMENT OF THE THEORY AND PRACTICE OF THE APPLICATION OF SOLAR WATER HEATING INSTALLATIONS IN MOUNTAIN AREA Rashad Ismailov Doctor of Philosophy in Technology. and about. associate professor, Azerbaijan Architecture and Construction University Azerbaijan, Baku Jamil Kuliyev Lecturer, Construction College at the Azerbaijan Architectural and Construction University, postgraduate student, Kyiv National University of Construction and Architecture, Azerbaijan, Baku АННОТАЦИЯ Обеспечение эффективного использование экологически чистой, повсеместно доступной возобновляемой энергии солнечного излучения для водонагревательных установок является актуальной задачей. Учитывая это в данной работе отражены результаты исследования совершенствование теории и конструкции этих устройств для применения в индивидуальных домах горной местности. Использование солнечной энергии для горячего водо- снабжения является мало отработанным направлением и новые обоснованные предложения позволяют значи- тельно повысить их эффективность и надежность. Так как использование солнечных водонагревательных уста- новок в местах с пониженным температурой кипения обеспечивает быстрое нагревание воды в бойлере и умень- шает тепловые потери, а при отсутствии солнечного излучения сброс тепла в окружающею среду получается минимальный, и это требует новый подход к теоретическому расчету. В работе указаны пути учета этих факторов в теории разработки этих устройств. В статье приведен сравнительный анализ и дан краткий обзор современных конструкций солнечных водо- нагревательных установок. В результате проведенного анализа сделано вывод о том, что известные конструкции не достигли высокого уровня технологического совершенства и дальнейшее их усовершенствование может привести к существенному улучшению его работы. Предложенное совершенствование конструкции солнечной водо- нагревательной установки при одновременном увеличении срока надежной эксплуатации позволяет повысить эффективность использования с учетом климата погодных условий. ABSTRACT Ensuring the efficient use of environmentally friendly, ubiquitous renewable energy from solar radiation for water heating installations is an urgent task. Considering this, this paper reflects the results of a study on the improvement of the theory and design of these devices for use in individual houses in a mountainous area. The use of solar energy for hot water supply by a little developed direction and new reasonable proposals can significantly increase their efficiency and __________________________ Библиографическое описание: Исмаилов Р.Т., Кулиев Д.Т. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13484

№ 4 (97) апрель, 2022 г. reliability. Since the use of solar water heating installations in places with a low boiling point ensures rapid heating of water in the boiler and reduces heat losses, and in the absence of solar radiation, the release of heat into the environment is minimal, a new approach to theoretical calculation is required. The paper shows ways to consider these factors in the theory of the development of these devices. The article provides a comparative analysis and a brief overview of modern designs of 2solar water heating installa- tions. Because of the analysis, the conclusion is that the known designs have not reached a high level of technological perfection and their further improvement can lead to a significant improvement in its operation. The proposed improve- ment in the design of a solar water heating installation, while increasing the period of reliable operation, makes it possible to increase the efficiency of use, taking into account climatic and weather conditions. Ключевые слова: энергия, давление, температура, теплоноситель, теплообменник, водонагреватель, тепло- вое аккумулирование, теплоемкость. Keywords: energy, pressure, temperature, coolant, heat exchanger, water heater, thermal storage, heat capacity. ________________________________________________________________________________________________ Введение. Сложные погодно-климатические счет традиционных источников, а 40%-в за счет воз- условия - холодная зима и жаркое лето увеличивают растающего количества возобновляемых энергии. расход энергоресурсов выше ожидаемого. Также ак- Причем солнечная энергия будет продолжать доми- тивное развитие экономики Азербайджана резко по- нировать в процессе использования, возобновляе- вышает спрос на энергетическое сырье. В настоящее мых энергии. Солнечная энергия безопасна для че- время страна переориентируется на расширения ловека и окружающей среды. В ближающие годы масштабов использования альтернативных источни- солнечная энергия должна внести существенный ков энергетических ресурсов. вклад в мировой энергетический баланс, обеспечи- вая замещение истощающихся запасов традицион- В результате быстрого увеличения численности ных источников энергии. населения не только в Азербайджане, но и во всем мире, люди стали чаще обращаться к использова- Научный и практический интерес представляет нию энергии. В процессе увеличения численности возможность использования солнечной энергии для населения и расширения их потребности на мате- обеспечения горячей водой зданий и помещений для риальные благо, в том числе на энергию, растет и бытовых нужд. В настоящее время нетрадиционное давление на природу. Человек будучи важнейшей обеспечения горячей водой жилых зданий для быто- составной частью природы, постоянно меняет и вых целей не имеет широкое применения. Проблема нарушает ее равновесие. XXI-й век характеризуется состоит в ограниченности конструктивных солнеч- энергетическим взрывом т.е. использованием в ных водонагревателей, в отсутствии высокоэффек- огромном количестве самой разнообразной источ- тивных и высокопроизводительных конструкций ге- ников энергии во всех областях деятельности чело- лиосистем. Также проблема в том, что не достаточно века. Поэтому изыскание новых путей повышения исследованы особенности использования солнеч- эффективности получения энергии отличается акту- ных водонагревателей в населенных пунктах горной альностью. Сегодня проблема обеспечения потреби- местности: телей экологически чистой энергией стало одной из важнейших проблем. При этом наряду с различными Цель работы заключается в разработке научно- видами энергетике у гелиоэнергетике есть нерешен- методологических и конструктивных основ обеспе- ные технические задачи. Это определение основных чения горячей водой жилых домов и помещений направлений повышения эффективности их получе- населенных пунктов, расположенных в горной мест- ния. Последние 10-ти летия во многих странах раз- ности с использованием гелиосистем. Для достиже- вернута широкая программа в котором положена ния этой цели решены следующие научно-техниче- начало планомерному использованию альтернатив- ские задачи: ных источников энергии. Из года в год использова- ние мощностей этих источников и выработка на них 1. Разработан новый методический подход к электрической и тепловой энергии возрастает. В расчету солнечных нагревателей в условиях работы нашей стране разработано научная система ком- в жилых дамах горных мест. Так при расчете систем плексного использование как традиционных, так и обеспечения горячей воды, на основе потребляемой альтернативных источников энергии. теплой энергии солнечного водонагревателя, с при- менением этой методики возможно осуществить вы- I. Постановка задачи и значимость. В мире бор целесообразного бака-аккумулятора с опреде- с каждым днем растет объем потребления энергии. ленной производительности, также наиболее выгод- В тоже время традиционные источники энергии с ные трубопроводы с определенным диаметром. большими темпами исчерпываются. Будущее чело- вечество во многом зависит от расширения масшта- 2. Обоснование технических решений, повыша- бов использования возобновляемых источников ющих КПД гелиосистем посредством поддержки энергии. Согласно прогнозам Международного оптимальной температуры воды в бойлере. энергетического агентства (МГА), в 2040 году по- требность в энергии будет удовлетворятся 60%-в за Новизна работы состоит в следующем: • Впервые проведены исследования эксплуата- ции солнечных водонагревателей с учетом особен- ности условий работы в домах населенных пунктов горной местности. Разработана математическая 60

№ 4 (97) апрель, 2022 г. модель определяющие высотные зависимости дав- Для более углубленного расчета следует исполь- зовать известное уравнение гидростатики [2, с 97] ления, плотности и температуры. показывающая, как изменяется в жидкости давление с высотой z.Учитывая, что плотность атмосферы, в • Даны рекомендации по тепловому расчету отличии от плотности несжимаемой жидкости, пере- солнечных нагревателей. менно меняется поэтому уравнение гидростатики следует написать в дифференциальном виде, для из- • Разработано новая система управления опти- менения давления dp при приращении высоты на dz: мальным температурным режимом воды в бойлере dp = − ������������������������ , (2) солнечного водонагревателя. В данной формуле знак минус показывает, что давление с высотой убывает. Если преобразовать • Обоснованность и достоверность научных эти два уравнения исключая из них плотность, положений и результатов подтверждаются строго- можно получить дифференциальное уравнение для стью постановок задач и получения основных соот- зависимости давления от высоты ношений закона теплотехники и теории географии. ������ ������������ = − ������∙������ ������������, (3) Практическая значимость заключается в следу- ющем: ������ ������������∙������������ • Проблема повышения эффективности систем Не трудно заметить, что в правой части уравне- солнечного водонагревателя исследовано комплексно, ния стоит отношение приращения потенциальной теоретические результаты послужили научной осно- вой для создания солнечных водонагревателей нового энергии молекулы mgdz=������������������������/������������ к характерной поколения с высокими показателями эксплуатации в кинетической энергии молекул кТ. При подъеме на различных климатопогодных условиях. Примене- высоту в пределах тропосферы температура воздуха ние предложенной методики расчета в практике начинает убывать. Поэтому при расчете нагрева- проектирования и строительства индивидуальных тельных приборов следует учитывать, что с высотой зданий с предложенными системами горячего во- доснабжения приводит к существенному повышению одновременно изменяется и плотность ������, и давление эффективности солнечных водонагревателей с учетом Р, и температура Т воздуха. Для нормального обес- местных условий их внедрения. печения дачных или индивидуальных домов теплой водой необходимо определить потребляемое коли- • Разработанный солнечный водонагреватель чество теплоты. Суточный расход расчетной теп- сегодня является единственным устройством позво- лоты который требуется для особняков можно полу- ляющих автоматически поддерживать оптимальный чить формулой температурный режим воды в бойлере с системой охлаждения теплоносителя. Его наличие создает предпосылки для повышения надежности и эффек- тивности аналоговых систем. II. Теоретические и практические особенности Q= k ������������������(������������−������������) (4) расчета. Расматривая вертикальное строение атмосферы Земли можно видеть что, с высотой ������������ одновременно изменяется три параметра плотность ������, где: к- коэффициент суточной неравномерности по- давление Р, и температура Т воздуха. В основном требной горячей воды (принимается из нормативных этими параметрами ведется расчет солнечных водо- источников); нагревателей. В настоящее время ведется большая работа по применению новейших технологий Кара- m- количество получаемых точек горячей воды; бахском и Восточно Зангезурском экономическом g - норма потребляемой воды; районе Азербайджана. Учитывая, что, здесь боль- ������������ - температура холодной воды; шая часть населенных пунктов находится на горной ������������ - расчетная температура горячей воды; местности разработан новый метод расчета солнеч- c - теплоемкость горячей воды. ных водонагревателей с учетом условий их работы на высокогорной местности. Разработанный новый Тепловое аккумулирование. Одним из ключе- метод расчета солнечных водонагревателей с уче- вых проблем создания солнечных водонагревателей том условий их работы на высокогорной местности является проблема теплового аккумулирования т.е. является актуальной задачей проектирование этой процесс накопления тепла в бойлере. Это устрой- системы. В начале для расчета необходимо полу- ство должна обеспечить накопление, хранение и чить уравнение определяющие высотные зависимо- отдачу тепловой энергии в соответствии с нуждами сти давления и плотности. Эту зависимость можно потребителя в горячем водоснабжении. Предложен- получить из уравнения идеального газа с молекуляр- ная конструкция позволяет преодолеть проблему вызванной суточной неравномерной потребности в ной массой ������ = ������������, [1, c 148] которая соответствует горячей воде и непостоянством поступления солнеч- средней азотно-кислородной молекулярной массе ной энергии. Применение этого устройства позволяет атмосферы нашей планеты. После такого рассужде- приспосабливать ее к условиям спроса на горячею ния можно написать математическое выражения этого воду, изменяющийся в течении суток. Поскольку в уравнения солнечных водонагревателях периоды потребления и горячей воды и получение энергии не совпадают, Р= ������∙������������������������ , (1) ������ 61

№ 4 (97) апрель, 2022 г. накапливать ее необходимо в одни часы суток, а Во многих странах Мира разрабатывают и про- использовать в основном в другие. изводят солнечные водонагреватели и их коллек- торы различной конструкции. Разработанный В Эффективность теплового аккумулятора-бойлера США [4] тепловой коллектор сдержит тепловоспри- в основном определяется массой и объемом воды нимающею панель, который имеет каналы, запол- являющийся теплоаккумулирующим материалом. ненные теплоносителем. При нагреве теплоноси- По общепринятой квалификации тепловых аккуму- теля происходит испарение, пары поднимаются в ляторов по уровню рабочих температур и по при- кольцевой канал, размещенный в баке для нагрева роде аккумулирования солнечные водонагреватели воды. Этой конструкцией обеспечивается высокая соответственно относятся к низкотемпературным степень передачи тепла. Существенным недостат- (до 100о С) и к классу аккумуляторов с фазовым пе- ком конструкции является то, что она не техноло- реходом. Выбор и конструирование солнечных во- гична с точки зрения изготовления и заправки кана- донагревателей проводится с учетом этих парамет- лов теплоносителем. Кроме того, нагрев воды в баке ров энергосистемы и потребителя горячей воды. происходит неравномерно и недостаточно. Практика теплового расчета. При проектиро- Известная Германская фирма *VIESSMANN * вании устройств преобразующих солнечную энер- разработала и производит два типа современных гию в тепловую, необходимо знать размеры коллек- солнечных коллекторов-вертикальные и горизон- тора, их мощность и коэффициент полезного дей- тальные [5]. Разработанная и производимая этой ствия. Поскольку при этом нужно рассчитать полез- фирмой солнечная техника и технология отличается ную часть солнечной энергии принятой коллекто- надежностью и работоспособностью. Однако в ром, также нужно определить их размеры и количе- устройстве, предусмотренных для нагрева воды не ства. При расчетах следует учитывать, что, для по- предусмотрена система автоматического регулиро- лучения горячей воды для бытовых нужд энергети- вания температуры воды. ческие преобразующие солнечные устройства низ- кой температуры. Они позволяют нагревать воду до Известна установка [6] для горячего водоснаб- 100о С. В Азербайджане Сумгаитском техногенном жения с использованием солнечней энергии, кото- парке производится коммуникационные установки, рая представляет собой гидравлически объединен- работающие на основе плоских солнечных коллек- ную в одной системе аккумуляторного бака и сол- торов. Учитывая это для преобразования солнечных нечных панелей. Многократной циркуляцией рабо- лучей в тепловую энергию проведение исследова- чего агента, которым является вода или специальная ние солнечных водонагревателей на базе плоских жидкость, выполняющая функцию теплоносителя в солнечных коллекторов является для нас целесооб- течении светового дня постепенно повышает темпе- разным. Так определено-из-за того, что стекло сол- ратуру воды в бойлере. Недостатком применяемой нечного коллектора обладает низким коэффициен- системы является то, что вода в баке будет нагре- том пропускания инфракрасного излучения получа- ваться пока светит солнце и это приведет к сниже- ется тепловой эффект заключающейся в накоплении нию производительности и температуры подачи го- энергии и увеличение температуры теплоприемника рячей воды. Кроме того, в солнечных коллекторах и до 120о-150о С, при условии, если на стадии этого в аккумуляторном баке возможны высокие темпера- преобразования энергия не будет выводится из кол- туры, повышающий риск опасности. лектора теплоносителем. При циркуляции теплоно- сителя накопленное тепло расходуется на нагрев Известное устройство [7] солнечного водонагре- воды и потери окружающей среды. вателя который содержит аккумулирующую ем- кость, тепловую изоляцию, расположенную с тыль- Затратив 1,16 Вт час можно нагреть 1кг.воды на ной стороны аккумулирующей емкости. Рекупера- 1 градус. Следовательно, что бы тонну (1 куб метр) тивная емкость расположена с тыльной стороны воды на 35 градусов (от 15о С до 50о С) потребуется тепловой изоляции и имеет с последней общую по- 1,16х1000х35=40600 кВт час. При правильной уста- верхность. На обращенной к солнцу стороне аккуму- новки и эксплуатации плоские солнечные коллек- лирующей емкости расположена металлическая теп- торы в полне могут справится с задачей обеспечения ловоспринимающая поверхность с прозрачным по- горячей водой индивидуальных домов горной мест- крытием над ней. В нижней части солнечного водо- ности Азербайджана. Было бы уместным подчерк- нагревателя расположен трубопровод, соединяющий нуть что, за последние годы по всему миру стало по- аккумулирующую и рекуперативную емкости, снаб- пулярная европейская система сертификации сол- жённый вентилями для регулирования температуры нечных коллекторов Solar Keymark [3] воды. К соединительному трубопроводу подключен раздающий патрубок. В верхней части аккумулирую- III. Устройство солнечных водонагревате- щей и рекуперативной емкостей находятся заливные и лей. Для решения технической по созданию нового переливные отверстия. Перед лицевой поверхностью устройства солнечного водонагревателя, позволяю- солнечного водонагревателя может находится отража- щего круглосуточно использовать эту конструкцию тель закрепленный на шарнире. Существенным недо- в горной местности с получением горячей воды с по- статком этого устройства является то что, регулирова- требной температурой для бытовых нужд проведем ние температуры воды осуществляется в ручную, по- краткий анализ существующих аналогичных средством вентилей, снижающих эффективность устройств. управления температурным режимом воды в бойлере. Кроме того, большая разница значений температур по 62

№ 4 (97) апрель, 2022 г. объему аккумулирующей емкости, снижает эффектив- круглосуточного использования, т.е. солнечные водо- ность работы нагревателя. Также она имеет сложную нагреватели при отсутствии солнечных лучей не конструкцию для изготовления. нагревают воду. Известно, что эффективность солнеч- ных установок зависит от климатических условий, ре- Известное устройство [8] солнечного водонагрева- льефа и географического расположения сраны. В теля который включает в себя коллектор солнечного Азербайджане годовое излучения солнечной энергии нагревателя, бак- аккумулятор с теплоизоляцией и па- составляет 1500-2000кВт/м2 [10, с. 3]. трубками подвода холодной и отвода горячей воды. В корпусе бака-аккумулятора размещены резервуар-теп- Анализ конструкции показал, что основные лообменник с теплообменными трубками и резерву- направления использования солнечной энергии с це- ары высокого давления, установленные в его торцах. лью нагрева воды для бытовых нужд путем абсорбции Нижняя поверхность резервуара- теплообменника яв- солнечного излучения можно осуществить с помощью ляется тепло приемной поверхностью прямого плоских и вакуумных тепловых коллекторов, работа- нагрева. Бак-аккумулятор снабжен системой долива ющих на принципе тепличного эффекта. Солнечный испаренной воды. Недостатки устройства в том, что коллектор покрыт прозрачным для солнечных лучей водонагреватель работает на местном давлении и специальным стеклом и внутри коллектора находится только солнечном излучении. Бак-аккумулятор снаб- нагреваемый тепло обменник, с минимизированным жен примитивной системой долива испаряющейся рассеиванием теплой энергии. Эффективность солнеч- воды, тогда как можно было бы установить расшири- ного коллектора увеличивается за счет использования тельный бачок с автоматическим регулированием объ- на тепло приемной поверхности селективно поглоща- ема воды в устройстве. ющих покрытий, который хорошо поглощает солнеч- ные лучи. Вообще, целесообразность установки ваку- Наиболее близким к предлагаемому варианту яв- умных или плоских солнечных коллекторов нужно ляется устройство [9] которое состоит из теплообмен- рассматривать отдельно для каждого случая и условия. ника цилиндрической формы, аккумуляторного бака, В зависимости от этого каждый тип солнечного кол- расположенного в соприкосновении с круглой окруж- лектора имеет свои области применения. Нагрев воды ностью бойлера, трубы горячей и холодной воды, и в плоских солнечных коллекторах, в устройствах с циркуляционной линии теплоносителя. Это однокон- поддержанием оптимального температурного режима турная солнечная водонагревательная, установка не в бойлере, является самым простым и наиболее эффек- имеет прямого соприкосновения теплоносителя и тивным способом использование солнечной энергии воды в бойлере. А это снижает эффективность работы для получения горячей воды. Принцип работы плос- и надежность всех основных конструктивных узлов кого солнечного коллектора с тепловой ловушкой [9] водонагревателя. Вода в бойлере нагревается за счет этого устройства заключается в следующем.80-85%-в отбора теплоты от теплоносителя –рабочего агента, видимых лучей солнца, проникая сквозь стекла и би- нагретого солнечным излучением. При достижении тумный слой встречается с черным дном коллектора и температуры воды в бойлере равной и выше чем тем- в значительной степени поглощается ими. Дно начи- пературы теплоносителя, на выходе солнечного кол- нает испускать тепловые инфраструктурные лучи, ко- лектора тепло будет передаваться в обратном направ- торые не могут проникать сквозь парафина и стекла лении. Этот нежелательный процесс требует регулиро- обратно в наружу. А имеющийся в нижней части слой вания, а также использования в устройстве естествен- теплоизоляции преграждает путь выхода тепла из кол- ной термосифонной циркуляции, не позволяет разме- лектора с обратной стороны. Сконцентрированное стить узлы в желаемом месте и рядом с друг-другом, тепло внутри коллектора передается теплоносителю поэтому требуется принудительная оборачиваемость циркулирующейся по трубам змеевика уложенных в теплоносителя. Кроме того, еще один недостаток в том сердцевине коробка. что зимой трудно обеспечить работу устройства, для предотвращения замерзания, следует слить воду из Для круглосуточного использования солнечной бака и.т.д. энергии для обеспечения индивидуальных домов горя- чей водой нужно применять солнечные коллекторы с Если подвести итоги анализа то, можно сказать тепловой ловушкой и устанавливать их под углом к го- что существуют много схем солнечных водонагрева- ризонту примерно равным географической широте тельных установок. Все они наряду с положительными местности с ориентаций по возможности на юг. Терри- сторонами, в основном, имеют общий недостаток за- тория Азербайджана расположена на стыке умерен- ключающихся в том, что не обладают возможностью ного и субтропического поясов. На формирование кли- обеспечения оптимального температурного режима в мата страны большое влияние оказывает географиче- бойлере. Это приводит к тому, что при достижении ская широта, рельеф и другие климато образующие температуры воды в бойлере равной или выше чем факторы. Под влиянием этих факторов на территории температуры теплоносителя, на выходе солнечного страны сформировалось несколько типов климата. коллектора тепло будет передаваться в обратном Между каждым типом климата высотой территории направлении. Этот нежелательный процесс требует ре- существует определенная связь. Так типы климата гулирования температуры. Креме того использование сменяют друг друга от равнины к высокогорьям. в устройстве естественной термосифонной циркуля- ции не позволяет разместить узлы в желаемом месте, Главным условием для создания солнечных водо- рядом с друг-другом. Существенным недостатком сол- нагревателей является величина угла падения солнеч- нечных батарей и коллекторов, то что они плохо рабо- ной радиации на поверхность земли где будет оно тают при перегреве. Креме того они не пригодны для 63