tech-2022_10(103)

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. В таблице 2 приведены показатели прочности Таблица 2. гранул кормовых фосфатов. Из нее видно, что в зависимости от нормы фосфорной кислоты проч- ность гранул кормовых фосфатов колеблется в пределах 1,62–1,72 МПа. Статическая прочность гранул кормового монокальцийфосфата Норма TФК от стехиометрии, Прочность гранул (диаметр гранул – 2–3 мм) % кг/гранул кгс/см2 МПа 100 95 0,82 16,53 1,62 90 0,85 17,14 1,68 0,87 17,54 1,72 Анализируя данные, можно отметить, что Из него следует, что для получения 1 тонны оптимальной нормой ТФК является 95%. При этом кормового монокальцийфосфата потребуется продукт содержит (масс.% ): P2O5усв. – 56,43; P2O5водн. 651,58 кг ТФК, 294,22 кг известняка и 275,22 кг – 55,45; CaOобщ. – 21,61; CaOусв. – 21,50; CaOводн. – мелкой фракции МКФ в качестве ретура. 20,92, pH – 2,48 с прочностью гранул 1,68 МПа. Кормовой монокальцийфосфат с такими показа- Исходя из полученных данных, установлены телями полностью соответствует требованиям следующие условия получения кормового моно- ГОСТ 23999-80 [2]. кальцийфосфата: норма ТФК на образование МКФ – 95%; время перемешивания – 5 минут; кратность ре- Далее рассчитан материальный баланс для тура – 1:0,3. получения 1 тонны кормового монокальцийфосфата (рисунок). Рисунок 1. Материальный баланс для получения 1 тонны кормового монокальцийфосфата 12

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Расчеты материального потока позволили Заключение определить технологию получения кормового монокальцийфосфата с приемлемыми аппаратурно- Показаны условия получения кормового фосфата техническими оформлениями. Для этого необходимы гранулированного кормового монокальцийфосфата такие смесительные аппараты, как двухлопастные путем разложения известняка со 100, 95 и 90%-ной смесители с редукторным проводом, напорный бак нормой термической фосфорной кислоты, из для ТФК, расходомер для равномерной подачи кис- которых оптимальной явилась 95%-ная норма лотного агента. После смешения реакционная масса кислотного агента. Оптимальность заключается в будет подаваться в барабан – гранулятор, а дальше – том, что при таком расходе фосфорной кислоты в барабанную сушилку. В барабанной сушилке сы- получаются с высокими содержаниями усвояемой и рые гранулы (влажность 5–7%) сушатся при 200 °С и водорастворимой форм Р2О5 и СаО, а также удовле- через элеватор, просеиваются до товарной фракции 1– творительной статической прочностью. Такой состав 4 мм и направляются на охлаждение до 40 °С и склад и свойства положительно влияют на продуктивность для готовой продукции. животных при добавке фосфата в рацион корма. Проведенный материальный баланс заранее дает оценку по аппаратурному оформлению производства гранулированного кормового монокальцийфосфата. Список литературы: 1. ГОСТ 21560.2-82. Удобрения минеральные. Методы испытаний. – М. : Госстандарт, 1982. – 30 с. 2. ГОСТ 23999-80. Кальцийфосфат кормовой. – 9 с. 3. ГОСТ 24596.5-81. Фосфаты кормовые. Метод определения рН раствора или суспензии. – М. : ИПК Издательство стандартов, 2004. – 2 с. 4. Дегтярев В. Эффективность монокальцийфосфата при кормлении животных // Молочное и мясное скотоводство. – 2003. – № 2. – С. 7–10. 5. Константиновская М.А. Исследование физико-химического состава отхода производства костной муки с целью оценки перспективы его комплексной переработки // Успехи в химии и химической технологии. – 2012. – Т. 26, № 10 (139). – С. 87–91. 6. Кормовая добавка на основе животной костной ткани / М.И. Бабурина, Л.В. Федулова, К.Р. Василевская, А.Н. Иванкин [и др.] // Мясная индустрия. – 2021. – № 3. – С. 20–25. 7. Литусова Н.М. Технология получения кормовых фосфатов кальция в гранулированном виде на основе мела и экстракционной фосфорной кислоты : дис. … канд. техн. наук. – М., 2004. – 136 с. 8. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М. Винник, Л.Н. Ербанова, П.М. Зайцев [и др.]. – М. : Химия, 1975. – 218 с. 9. Площадь сбора урожая пшеницы в 2020 в Узбекистане / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://yandex.ru/search/?text=площадь+сбор+урожая+пщеницы+в+2020+2020 = в Узбекистане. 10. Площадь сбора урожая хлопка в 2020 в Узбекистане / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://yan- dex.ru/search/?text=площадь+сбор+урожая+хлопка+в+2020+в+Узбекистане. 11. Постановление Президента Республики Узбекистан от 03.04.2019 № ПП-4265 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lex.uz/uz/docs/4271634. 12. Соатов У.Р. Деҳқон хўжаликлари шароитида чорвачиликни ривожлантиришнинг ўзига хос хусусиятлари. – Ташкент, 2018. – 60 б. 13. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. – М. : Химия, 1970. – 360 с. 14. In 11 months, Uzbekistan imported 27.6 thousand tons of meat / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tashkenttimes.uz/economy/8162. 15. John J. Mcketta, William A. Phosphoric acid and phosphates // Encyclopedia of chemical processing and design. – Vol. 35. – Р. 478–489. 16. Monocalcium Phosphate Market | Global Industry Report, 2030 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.transparencymarketresearch.com/monocalcium-phosphate market.html. 17. Zhou Y., Xiao С., Yang S. Life cycle assessment of feed grade mono-dicalcium phosphate production in China, a case study // Journal of Cleaner Production. – 2020. 13

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14409 ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ КОНВЕРСИОННО-ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Чавлиева Фарогат Бойбуриевна базовый докторант, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент Иномжонов Шохрух Эркин угли инженер-химик ООО «Nika Pharma» Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Туракулов Беҳзод Бегматович ст. преподаватель Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент Эркаев Актам Улашевич д-р техн. наук, проф. кафедры «Химическая технология неорганических веществ» Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент Кучаров Бахром Хайриевич д-р техн. наук, доц., начальник лаборатории «Комплексные азотные удобрения и стимуляторы, отдел супромолекулярные соединения», Академия наук Республики Узбекистан, Институт обшей и неорганической химии, Республика Узбекистан, г. Ташкент OBTAINING POTASSIUM HYDROXIDE BY THE CONVERSION-EXTRACTION METHOD BASED ON LOCAL MATERIALS Farogat Chavlieva Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent Shokhruh Inomjonov Chemical engineer, «Nika Pharma» LLC, Republic of Uzbekistan, Tashkent Behzod Turakulov Assistant professor of Tashkent Chemical Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent __________________________ Библиографическое описание: ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА КАЛИЯ КОНВЕРСИОННО – ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Чавлиева Ф.Б. [и др.]. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14409

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Aktam Erkayev Doctor of Engineering Sciences, Professor, of the department \"Chemical technology of inorganic substances\" Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent Bahrom Kucharov Doctor of technical sciences, associate professor, Head of the laboratory \"Complex nitrogen fertilizers and stimulants, Department of Supromolecular compounds\", Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Institute of General and Inorganic Chemistry, Republic Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Целью работы являлось исследование и разработка технологического процесса получения гидроксида калия конверсионно – экстракционным способом на основе местных материалов. Установлены оптимальные техноло- гические параметры процесса. Исследован ряд физико-химических свойств получаемого продукта в зависимости от технологических параметров. Рекомендованы стадий принципиальной технологической схемы производства гидроксида калия на основе известкового молока и поташа. ABSTRACT The aim of the work was to research and develop a technological process for the production of potassium hydroxide by a conversion-extraction method based on local materials. The optimal technological parameters of the process have been established. A number of physicochemical properties of the resulting product have been studied depending on the technological parameters. The stages of the basic technological scheme for the production of potassium hydroxide based on milk of lime and potash are recommended. Ключевые слова: известковое молоко, карбонат калия, карбонат кальция, гидроксид калия, каустификация, температура. Keywords: milk of lime, potassium carbonate, calcium carbonate, potassium hydroxide, causticization, temperature. ________________________________________________________________________________________________ Среди выявленных известных [1-6] способов по- экономичен, поскольку использование колонок с об- лучения и очистки гидроксида калия наибольший рабатывающим агентом приводит к быстрому их за- интерес представляют способы его очистки методом грязнению и выходу из строя [10]. соосаждения. В качестве реагентов, применяемых для осаждения примесей, так называемых коллек- Для повышения качества гидроксида калия торов, в известных методах используют различные предложен способ очистки его раствора, который химические соединения. включает обработку исходного продукта основным углекислым магнием. Для очистки раствора гидрок- В качестве таковых, например, используют кар- сида калия используют основной углекислый маг- бонат кальция в виде извести, мела или мрамора с ний, содержащий 0,1 – 0,5 мас.% солей лантаноидов, размером частиц 0.1-5 мм [7], оксид магния [8], которые добавляют при перемешивании к очищае- основной углекислый магний. Недостатками данных мому раствору. После этого реакционную массу способов очистки, прежде всего, является недоста- подвергают микрофильтрации. Изобретение позво- точно высокая степень очистки, а также невозмож- ляет повысить чистоту получаемого продукта. Ос- ность в одном процессе очистить гидроксид калия новным отличием данного способа является от значительной группы примесей, а не только от использование в качестве обрабатывающего агента железа, кальция и магния [9]. (коллектора) основного углекислого магния, содер- жащего определенные количества солей лантанои- Известен способ очистки раствора щелочи от дов. Введение этой добавки в основной углекислый примесей железа, кальция и магния [10]. Очистку магний в комплексе с другими компонентами обес- данным известным способом осуществляют филь- печивает повышение степени чистоты конечного трованием раствора щелочи при комнатной темпе- продукта по ряду примесей и позволяет расширить ратуре через слой основного углекислого магния число удаляемых примесей катионов металлов. высотой 3-100 мм. Основным недостатком способа является невозможность в одном процессе очистить Экспериментальные данные показали образова- гидроксида калия сразу от нескольких примесей. ние в продуктах двух слоев (нижний и верхний) при Кроме того, известный способ не технологичен и не повышении содержания воды. 15

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Таблица 1. Изотермы растворимости системы С2Н5ОН-КОН-Н2О при температурах № Соотношения Температура, оС Содержание К2О Светопреломление, η при ρ, г/см3 Н2О : С2Н5ОН в жидкой фазе, % oC 1. - 3 39,55 1,4607 1,504 2. 0 41,11 1,4619 1,510 3. 20 44,35 1,4634 1,518 100 : 0 1,4642 1,522 4. 40 47,94 5. 60 50,10 1,4718 1,560 6 80 52,14 1,4747 1,575 7. - 3 32,36 1,4427 1,430 8. 0 34,69 1,4391 1,410 9. 20 35,27 1,4446 1,455 80 : 20 1,4449 1,470 10. 40 36,19 11. 60 37,08 1,4570 1,480 12. 80 38,77 1,4668 1,535 13. - 3 23,50 1,4231 1,350 14. 0 28,78 1,4087 1,240 15. 20 32,07 1,4220 1,340 50 : 50 1,4391 1,410 16. 40 33,09 17. 60 34,23 1,4430 1,440 18. 80 38,10 1,4510 1,475 19. - 3 23,44 1,3840 1,100 20. 0 23,93 1,3890 1,105 21. 20 25,33 1,3970 1,070 20 : 80 1,4030 1,074 22. 40 26,47 23. 60 28,85 1,4070 1,077 24. 80 30,96 1,4180 1,153 25. - 3 30,25 1,3950 1,068 26. 0 32,05 1,403 1,092 27. 0 : 100 20 34,36 1,4007 1,097 28. 40 35,97 1,4002 1,073 29. 60 37,11 1,3930 1,064 30. 80 38,28 1,3810 1,055 В наших исследованиях для получения гидрок- выбрано так, чтобы соотношение Н2О : спирт нахо- сида калия исходными материалами служили поташ дилось в пределах 0,25. (К2СО3), синтезированный из хлорида калия АО “Дехканабадский калийный завод” и извести, По данным табл 1. светопреломление колеблется в полученной обжигом известняка Джамансайского пределах 1.3810-1.4747. С повышением температуры месторождения Республики Каракалпакстан в оно повышается на 0.0010-0.0020, а со снижением ООО “Кунградский содовый завод”, а также этиловый спирт квалификации “ХЧ”. соотношения Н2О:спирт–уменьшается. Например, при соотношениях Н2О: спирт 50:50 и 20:80 и тем- После окончания процесса конверсии в пульпу пературе 40 0С светопреломление составляет 1.4030 добавляли спирт и образующаяся суспензия на лабо- и 1.4070 соответственно (табл 1,2.). раторной фильтровальной установке разделялась на жидкую (спиртовый раствор КОН) и твердую (осадок Анализ химического состава верхнего (в.с) и СаСО3) фазы. Соотношение пульпа: спирт было нижнего (н.с) слоев показывает, что содержание СаО и СО2 в нижнем слое больше, чем в верхнем. 16

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Поэтому желательно увеличить соотношение в.с:н.с., а это, достигается с поддержанием соотно- шения Н2О:спирт менее 0.25. Рисунок 1. Плотность жидкой фазы в зависимости от соотношения Н2О : спирт и температуры Таблица 2. Химический состав системы С2Н5ОН-КОН-Н2О по слоям Соотношения Соотношения Состав равновесных фаз, в %. Н2О:С2Н2ОН в*с/н*с № T, oC Верхний слой Нижний слой n ρ K2O n ρ K2O 1. -3 - - - 1,4741 1,595 2. 0 - - - 1,4726 1,580 3. 20 0:1 - - - 1,4703 1,557 100 : 0 40 62,31 4. - - - 1,4684 1,540 5. 60 - - - 1,4668 1,525 6. 80 - - - 1,4657 1,515 7. -3 -- -- 8. 0 -- -- 9. 20 1 : 23,48 1,3538 1,107 37,51 1,4703 1,557 46,42 80 : 20 40 1,3524 1,090 1,4691 1,545 10. 11. 60 1,3517 1,077 1,4669 1,536 12 80 1,3509 1,062 1,4659 1,527 17

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Соотношения Соотношения Состав равновесных фаз, в %. Н2О:С2Н2ОН в*с/н*с № T, oC Верхний слой Нижний слой n ρ K2O n ρ K2O 13. -3 -- -- 14. 0 -- -- 15. 20 1 : 13,68 1,3515 1,082 28,02 1,4674 1,540 46,88 16. 50 : 50 40 1,3510 1,070 1,4662 1,532 17. 60 1,3487 1,030 1,4555 1,520 18. 80 1,3474 1,012 1,4491 1,513 19. -3 - - - 20. - 21. 0 -- - - 20 : 80 20 1,3508 1,068 27,49 - 22. 1 : 6,35 - 23. 40 1,3497 1,048 -- 24. -- 25. 60 1,3489 1,032 -- 26. -- 27. 80 1,3480 1,015 -- -- 0 : 100 -3 -- - 28. 29. 0 -- - 30. 20 1,3482 1,025 - 1 : 0 25,45 40 1,3476 1,013 - 60 1,3469 0,999 - 80 1,3463 0,986 - Для обеспечения максимального выхода про- Таким образом, оптимальный состав верхнего дукта с таким составами верхнего слоя процесс экс- слоя составляет, масс %: С2Н5ОН-59.5-61.0; КОН- тракции надо проводить в технологических 27.5-33.0; Н2О – 6,0-13%. условиях температуры и соотношений Н2О:спирт, находящихся в поле Вl11l13L (рис.2). Также установлено, что образующийся карбонат кальция быстро осаждается из суспензии и легко Как показывают исследования, при охлаждении фильтруется, что позволяет рекомендовать приме- экстракта, полученного при 800С с применением 80- нение существующих стандартных сгустителей и 96%-ного этилового спирта, выпадают кристаллы с фильтрующих установок с минимальной рабочей образованием суспензии с Ж:Т = 2:1 необходимо от- поверхностью, после которых фильтрат легко упа- метит, что при применении 80%-ного раствора эти- ривается под разрежением до 50-80% с дальнейшей лового спирта образуется твердая фаза в виде экстракцией гидроксида калия этиловым спиртом. агломератов. А при применении 90%-ного спирта образуются пластинчатые ромбообразные чешуй- После дистилляции получен гидроксид калия, чатые кристаллы. отвечающий требованиям на продукты реактивной квалификации и специального назначения. 18

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Рисунок 2. Рентгенограмма осадков после экстракции Рентгенофазовый анализ (рис.2) показал, что высокой концентрации (40-50 %) с дальнейшей ее осадок после экстракции содержит в основном сле- переработкой на чешуйчатый или таблетированный дующие соединения: СаСО3 – 3.012, 2.28, 1.609Ао, моногидрат гидроксида калия (КОН*Н2О)–2.85; гидроксид калия. 1.96; 1.748; 1.04 Ао, а также остатки исходных ком- Исходя из вышеизложенного, можно заключить, понентов Са(ОН)2 – 2.67; 1.95; 1.68 Ао и К2СО3–2.85; 2.67; 2.06; 1.95; 1.68 Ао. что оптимальными параметрами процесса каусти- фикации являются: температура не менее 95оС, со- Меньшая скорость фильтрации и пониженный выход К2О в продукт связаны с низкими значениями отношение Н2О:К2СО3:Са(ОН)2 - (1.8–3):2:1; Т:Ж и степени каустификации соответственно. продолжительность конверсии – не менее 120 мин. Предлагается технологическая схема, состоя- Экстракцию необходимо проводить при соотно- шении пульпа:спирт 1.0 – 2.0. При этом выход К2О в щая из стадий: конверсия, отстаивание, фильтрация продукт составляет не менее 60%, а его концентрация сгущенной части с трехкратной промывкой и воз- достигает не менее 45%, в результате чего получается вращением промывной воды на стадию каустифика- очищенный раствор гидроксида калия. ции и упарка фильтрата с получением раствора КОН Список литературы: 1. Туракулов Б.Б., Кучаров Б.Х., Эркаев А.У., Тоиров З.К., Реймов А.М. Усовершенствование производства гидроксида калия известковым способом. UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Г. МОСКВА – 2017. № 10(43). 2. Патент РФ 1562805 с 01D1/32. Способ очистки раствора гидроокиси калия. Филатова Л.Н., Волводов А.И., Вендило А.Г. и др. Заявлено 01.11. 2010. Опубликовано 27.03.2012. 3. Schmidl W., Ball A.R., Frederick Jr., W.J., DeMartini N., Experimental Determination and Modeling of potassium hydroxide Solubilities in High Solids Kraft Black Liquor - Accepted for Presentation at the 2003 TAPPI Fall Tech- nical Conference. р-5-13. 4. Shi B.; Euhus D.D.; Rousseau R.W., “Crystallization and Control of potassium hydroxide Scales in Black Liquor Concentrators,” Tappi J. 3(6):7-13 (2004). 5. Патент RU1321565 с 01D1/32. Способ очистки раствора гидроокиси калия. Вендило А.Г., Ковалёва Н.Е. и др. Заявлено 03.12. 1969. Опубликовано11.10.1972. 6. Патент US 2634102. 23 – 45. Methd of purifying potassium hydroxide solution. B. Zhao, X. Wang, X. Qian. Заявлено 21.04. 1953. Опубликовано 18.11.1955. 7. Туракулов Б.Б., Эркаев А.У., Кучаров Б.Х., Тоиров З.К.,Искендеров А.М. Исследование реологических свойств и фильтруемости суспензии при получении гидроксида калия известковым способом.// Кимёвий технология назорат ва бошқарув «Халқаро илмий-техникавий журнал 4-5/2019».-30-37 б. 19

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. 8. Turakulov B.B., Erkayev A.U., Kucharov B.X., Toirov Z.K. Physical-chemical and Technological Bases of Produc- ing Pure Potassium Hydroxide in Combined Method.// Vol. 29. -No. 6s (2020): Vol 29 No 6s (2020) (Special Issue) | International Journal of Advanced Science and Technology http:// sersc. org/ journals/ index. php/IJAST/is- sue/view/275. – С. 1126 – 1134. 9. Туракулов Б.Б., Кучаров Б.Х., Эркаев А.У., Тоиров З.К., Реймов А.М. Усовершенствование производства гидроксида калия известковым способом. UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Г. МОСКВА – 2017. № 10(43). 10. Bobokulov A.N., Erkaev A.U., Toirov Z.K., Kucharov B.X. Research on the Carbonization Process of Potassium Chloride Solutions in the Presence of Diethylamine. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), Volume-8 Issue-9S2, 2019, ISSN: 2278-3075 https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/pa- pers/v8i9S2/I10480789S219.pdf 20

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. СИНТЕЗ МЕЛАМИН-ФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ С Н-БУТАНОЛОМ Юсупов Қудратилло Мадаминжон угли ассистент, Ферганский политехнический институт Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Фергана E-mail: [email protected] Эркабаев Фуркат Ильясович д-р техн. наук, ст. науч. сотр. Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Ташкент SYNTHESIS OF MELAMINE FORMALDEHYDE RESIN, MODIFIED WITH N-BUTANOL Kudratillo Yusupov Assistant, Fergana Polytechnic Institute of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Fergana Furkat Erkabaev Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher of the Institute General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В данной статье приведены результаты проведенных исследований по получению синтетических, а именно меламин-формальдегидных смол из меламина и формальдегида, последующей модификацией н-бутанолом. Потребность на меламин-формальдегидных смол особенно большая в лако-красочных производствах, где вышеуказанные смолы улучшает адгезию и блеск, чем и повышает их качество. ABSTRACT This article presents the results of researches and the results on the production of synthetic resins, in particular melamine- formaldehyde resin from phenol-formaldehydes, followed by its modification with n-butanol. The need for melamine- formaldehyde resins is especially great in paint and varnish industries, where the above resins improve adhesion and gloss, thereby increasing their quality. Ключевые слова: меламин, формальдегид, искусственные смолы, меламин-формальдегид, адгезия, испарение, н-бутанол. Keywords: melamine, formaldehyde, artificial resin, melamine-formaldehyde, adhesion, evaporation, n-butanol. ________________________________________________________________________________________________ К синтетическим смолам относятся фенолфор- меламиноформальдегидных смол протекает в не- мальдегидные, поливинилхлоридные, карболидные, сколько стадий, на каждой из них происходит опре- меламиноформальдегидные, полиамидные и другие деленное изменение в структуре полученного смолы. Синтетические смолы используются в про- соединения. В растворе находится смесь полимеров изводстве пластмасс, лакокрасочных материалов, меламина, образующих гидрофильную меламино- клеев, синтетических волокон, пленок, электроизоля- вую смолу с низкой степенью поликонденсации. На ционных материалов, органического стекла и других третьей стадии конденсации в смоле появляется гид- материалов [1-3]. рофобная фракция, которая осаждается при разбав- лении водой. Количество гидрофобной фракции Среди синтетических смол широко используются постепенно увеличивается и для ее осаждения по- в промышленности меламиноформальдегидные требуется все меньше и меньше воды. Со временем смолы, которые получаются из меламина и фор- наступает момент, когда для осаждения на холоду мальдегида в определенных условиях. Получение __________________________ Библиографическое описание: Юсупов К.М., Эркабаев Ф.И. СИНТЕЗ МЕЛАМИН-ФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ С Н-БУТАНОЛОМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14452

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. гидрофобной смолы образуется оптимальное коли- нейтрализуют до концентрирования смолы. Количе- чество воды, смола разделяется на два слоя. В ство свободной воды и формальдегида в готовой смоле нижнем слое содержатся больше смолы и частично должно быть не больше 0,5%. вода, а в верхний слой состоит в основном из воды и растворенных в ней конденсированных метилольных В процессе синтеза в реакцию с 1 молем меламина соединений. Если продолжать процесс нагревания, вступает от 1 до 2 молей бутанола в зависимости то температура расслоения полученной смолы по- от рН и температуры среды. вышается, смола становится мутной и расслаивается при температуре кипения, они имеют среднюю сте- Из приведенной формулы видно, что полимер пень поликонденсации. Древесные угли хорошо по- содержит как простые эфирные, так и метиленовые глощают органические соединения благодаря своим связи. [4] Расположение структурных звеньев и связей гидрофобным свойствам [5]. является предположительным, действительное стро- ение полимера сложнее. Следует также помнить, что Скорость конденсации промышленных мелами- смола имеет трехмерную структуру, а не плоскую. новых смол зависит от многих факторов: рН среды, Возможность дальнейшей полимеризации вытекает мольного соотношения реагентов при синтезе, нали- из большого числа метилольных групп, способных к чия соединений, замедляющих конденсацию, напри- дополнительной полимеризации. В полученной смоле мер метанола, наличие продуктов гидролиза или эфирные связи образуются в результате конденсации дезаминирования меламина в реакционной смеси, двух метиллольных групп с выделением моля воды, различных солей и т.д. Важным фактором, от которого а метиленовые связи – в результате конденсации зависит скорость и направление конденсации является метилольных групп с водородом, связанным с ато- концентрация водородных ионов. Скорость конден- мами азота. сации наименьшая при рН=9-10 и возрастает при увеличении и уменьшении. В области рН=8,1-8,6 Процесс модификации ведется в мольном соот- в мольном соотношении формальдегида и меламина ношении меламина : формальдегида : н-бутанола 1:7:6 3:1 снижению рН на 0,1 соответствует ускорение ре- соответственно. Взвешивание исходных компонентов: акции на 10 % (при 830). При низких рН их измене- После были проведены работы по получению про- ние не очень сильно влияет на скорость реакции. изводных этого вещества. [7] Mеламин – 36,0 г; При рН=4-6 процесс конденсации протекает очень формалин 35%-ный – 142 г; раствор гидроксида быстро, образуя гель и осаждая аморфных полимеров, натрия (25 %) 1–5 капля; н-бутанол – 127 г; фталевый похожих на метиленмочевину. При проведении ангидрид – 0,40 г. реакции меламина с формальдегидом в сильнокис- лой среде вначале получается соли метиленамина, Для произведения синтеза меламинформальде- который постепенно превращается в гидрофильный гида и его модификации н-бутанолом в трехгорло- коллоидный раствор, который имеет молекулярный вую колбу, объемом 500 мл, снабженную обратным вес 1700-4000. Коллоидный раствор образуется благо- холодильником, ставили на электрическую плиту, даря возникновению дополнительно заряженных снабженную электро-магнитной мешалкой. В колбу частиц конденсата, которые противостоят их соеди- наливали 142 г 35%-ного раствора формалина и нения. Стабильность образовавшихся меламиновых нагревали до 70°С. Через 10–15 минут, после нагре- растворов зависит в основном от их концентрации, вания формалина добавляем несколько капель они стабильны даже после высушивания. 25%-ного раствора NaOH. Для повышения актив- ности этого состояния реакцию проводят при Для улучшения свойств меламинформальдегид- нагревании [6]. ных смол нами были проведены исследования по его модификации н-бутанолом. Далее в формалин, нагретый до 80–850С, начи- наем добавлять меламин по порциям в количестве При получении меламиновых смол для произ- 36,0 г. Каждую порцию меламина в реакционную водства покрытий сначала синтезируется метилол- смесь добавляем в количестве по 3 г интервалом меламин, затем производиться его модификация 2 минуты. В ходе внесения меламина добавляется н-бутанолом. Однако, иногда бутилированные смолы несколько капель дополнительного 25 %-ного рас- получают одновременной реакцией всех ингредиентов твора NaOН. При достижении температуры 900С в слабокислой среде. Свойства получаемой смолы нагрев останавливается и температура снижается зависят от мольного соотношения фор- мальдегида до 830С, выдерживается 20–25 минут. и меламина, степени этерификации, количества кис- лого катализатора, продолжительности и темпера- Далее добавляется в количестве 0,4 г фталевый туры проведения процесса. При синтезе данной ангидрид, т.е. катализатор, смесь перемешивают до смолы обычно на 1 моль меламина добавляют от 5 растворения катализатора при температуре не более до 6 молей формальдегида и слабо подкисленного 850С. После растворения катализатора добавляем бутанола в избытке. Реакционную смесь нагревают н-бутанол, нагретый до 850С в количестве 127 г по с обратным холодильником до получения продукта частям, т.е. по 4 г с интервалом 15 секунд. требуемой вязкости и способного разбавляться раз- личными углеводородами. Воду удаляют непрерыв- После чего включаем обогрев в эл. плите для ной декантацией, а кислоту с реакционной среде нагревания смеси до 90 °С. Процесс идет с обратным холодильником на себя в течение 10–15 минут. Выпаривание остаточной воды и не прореагиро- вавшегося н-бутанола. Для этого подключаем хо- лодильник-конденсатор для конденсации выпарив- шейся смеси воды и бутанола. Процесс ведется при температуре выше 90 °С в течение 20–25 минут до 22

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. испарения жидкости в количестве 70–80 г. После удаляем пипеткой верхний слой (водной части). процесса выпаривания отключаем источник обогрева, После удаления верхнего слоя нижний слой раство- полностью прекращаем перемешивание. Реакция ряем в н-бутаноле в соотношении смола : бутанол продолжается до тех пор, пока конденсат, выходя- 1:1, или 1:0,5, или 1:0,25. щий из холодильника, не окрасит фильтровальную бумагу, пропитанную раствором ацетата анилина. Был произведен анализ полученного продукта, в нижеследующей таблице приведены физико- Затем смесь переливаем из трехгорловой колбы химические показатели и сравнительный анализ в стакан и оставляем в покое для расслоения двух физико-химических показателей модифицированного фаз в течение 5–10 минут. Из расслоившейся смеси н-бутанола. Таблица 1. Физико-химические показатели и сравнительный анализ физико-химических показателей модифицированного н-бутанола Значение параметров (параметров) Соответствие параметров Наименование параметров (требование) По НД Фактически (требований) Соответствует Условная вязкость Па·с, 20 °C 35–45 42,44 Соответствует 0.98–1.02 1,01 Плотность, г/см3 54,36 Соответствует 52–58 89 Содержание нелетучих 36 Соответствует частиц, % Min 85 81 Соответствует 35–45 Блеск пленки, под углом 60 4,2 Соответствует 77 0,78 Толщина сухой пленки, микрон Gt-0 Соответствует 4 Твердость высушенной пленки, % не менее 0.5–1.0 Соответствует (после 16 часов) Gt-0 Прочность пленки при растяжении прибором Эриксена, мм, не менее Удельное объемное электрическое сопротивление, mom Адгезия, не более, баллы Вывод сравнительный анализ полученной модифицирован- ной меламинформальдегидной смолы с тованым Изучен процесс получения меламинформаль- продуктом, соответствующий ГОСТ-9980.2 и полу- дегидной смолы и физико-химические процессы чены положительные результаты. ее модификации н-бутанолом. А также, проведен Список литературы: 1. Кнунянц И.Л. Химическая энцик- лопедия. В 2 т. Т 2. Химическая энциклопедия. – М.: Советская Энциклопедия, 1990. 671 с. 2. Юсупов К.М., Эркабаев Ф.И. Меламин формальдегид смоласини олиш // Сборник материалов Республиканской научно-практической конференции «Инновационные технологии переработки минерального и техногенного сырья химической, металлургической, нефтехимических отраслей и производства строительных материалов», Ташкент 12-14 мая 2022 года, 371-372-бетлар. 3. Щеголев В.П. Высокомолекулярные соединения, применяемые в деревообрабатывающей промышленности: конспект лекций. – Ленинград: РИО ЛТА, 1974. 122 с. 4. Нумонов М.А., Юсупов К.М. Исследование синтеза модифицированной меламиноформальдегидной смолы с н-бутанолом. // Universum: химия и биология : электрон. Научн. Журн. 2021. 12(90). Url: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12660 5. Нумонов м.а., юсупов к.м. Исследование поглощения жидкостей и газов адсорбентами, полученными из местных фруктовых косточек // Universum: технические науки : электрон. Научн. Журн. 2021. 6(87). Url: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11951 6. Нумонов м.а. Получение алкалоидов донаксина и их модификации на основе растения arundo donax l. // Universum: химия и биология : электрон. Научн. Журн. 2022. 5(95). Url: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/13549 7. Нумонов м.а., Cодиқов у.х. Извлечение донаксина из растения arundo donax.l и синтез его производных на основе донаксина // Universum: технические науки : электрон. Научн. Журн. 2020. № 8(77). Url: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10644 23

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. ЭЛЕКТРОНИКА DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14366 К ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ В МНОГОСЛОЙНОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЕ. КВАЗИКЛАССИЧЕСКОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ Расулов Вохоб Рустамович PhD, Ферганский госуниверситет, Республика Узбекистан, г. Фергана E-mail: [email protected] Расулов Рустам Явкачович д-р физ.-мат. наук, проф., Ферганский госуниверситет, Республика Узбекистан, г. Фергана Маматова Махлё Адхамовна докторант, Ферганский госуниверситет, Республика Узбекистан, г. Фергана Исомаддинова Умида Мамиржоновна преподаватель, Кокандский госпелинститут, Республика Узбекистан, г. Коканд TO THE THEORY OF ELECTRONIC STATES IN A MULTILAYER SEMICONDUCTOR STRUCTURE. QUASICLASSICAL APPROXIMATION Vohob Rasulov PhD, Fergana State University, Republic of Uzbekistan, Fergana Rustam Rasulov Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Fergana State University, Republic of Uzbekistan, Fergana Makhlyo Mamatova Doctoral student, Fergana State University, Republic of Uzbekistan, Fergana Umida Isomaddinova Lecturer, Kokand State Medical Institute, Republic of Uzbekistan, Kokand __________________________ Библиографическое описание: К ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ В МНОГОСЛОЙНОЙ ПОЛУПРО- ВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЕ. КВАЗИКЛАССИЧЕСКОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Расулов В.Р. [и др.]. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14366

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. АННОТАЦИЯ Теоретически исследованы электронные состояния в многослойных полупроводниковых структурах в ква- зиклассическом приближении, где рассчитаны одноэлектронных волновые функции стационарного уравнения Шрёдингера при наличии различного вида потенциала, который является медленно меняющейся функцией координаты. Анализированы волновые функции и энергетические спектры электронов при линейном, квадратичном и в других приближениях. Показано, что для выполнения условия конечности волновых функций в бесконечности имеется два вида энергетического спектра, и оба нелинейно зависят от номера размерного квантования, т.е. размерно - квантованный энергетический спектр является неэквидистантным. Определено, что энергетический спектр электронов в потенциале в квадратичном, кубическом и биквадра- тичном приближении принимает дискретные значения и крутизна энергетического спектра зависит от парамет- ров разложения потенциала по координату. ABSTRACT Electronic states in multilayer semiconductor structures are theoretically investigated in the semiclassical approxi- mation, where one-electron wave functions of the stationary Schrödinger equation are calculated in the presence of vari- ous types of potential, which is a slowly varying function of the coordinate. Wave functions and energy spectra of electrons are analyzed in linear, quadratic and other approximations. It is shown that to fulfill the condition of finiteness of wave functions at infinity, there are two types of energy spectrum, and both depend nonlinearly on the size quantization number, i.e. the dimensionally quantized energy spectrum is non-equidistant. It is determined that the energy spectrum of electrons in the potential in the quadratic, cubic and biquadratic approx- imation takes discrete values and the steepness of the energy spectrum depends on the parameters of the expansion of the potential with respect to the coordinate. Ключевые слова: энергетический спектр, многослойная структур, уравнение Шреденгера, размерное кван- тование, квазиклассическое приближение. Keywords: energy spectrum, multilayer structure, Schrödinger equation, size quantization, semiclassical approximation. ________________________________________________________________________________________________ Введение т.е. не учтены разность эффективных масс носителей тока в соседних слоях структуры. Прогресс современной микроэлектроники в зна- чительной степени определяется изучением свойств В настоящее время молекулярно-лучевая систем с неоднородно распределёнными парамет- эпитаксия и другие методы современной технологии рами, развитием методов эффективного теоретиче- дает возможость получения полупроводниковых ского анализа таких систем, разработкой и слоев с произвольным профилем изменения состава обеспечением объективными методами контроля (структуры с квантовой ямой) для улучшения харак- технологических процессов, позволяющих создавать теристик приборов, полученных на их основе [2, 4]. полупроводниковые слои с заданными свойствами В этом случае задача об электронных состояниях [1-4]. В связи с этим ниже рассмотрим общие во- сводится к задаче о поведении частицы в потенци- просы распространения электронных волн в среде, альных ямах произвольной формой. В частности, свойства которой меняются только вдоль опреде- для создания нового поколения резонансно-тун- ленного направления. Подход основан на использо- нельных диодов, гетеролазеров с разделенными вании одноэлектронного стационарного уравнения электронным и оптическим ограничением применя- Шрёдингера для описания процессов упругого рас- ются структуры с прямоугольными размерно-кван- сеяния и туннелирования невзаимодействующих тованными ямами, в центре которых имеется бесспиновых частиц при условии сохранения их дополнительный энергетический провал. полной энергии. Исследование электронных состояний в Исследование электронных свойств как симмет- вышеупомянутых структурах приводит к расчету ричных, так и асимметричных по отношению гео- одноэлектронных волновых функций стационарного метрических размеров слоев полупроводниковой уравнения Шрёдингера в квазиклассическом прибли- структуры является актуальным в связи с примене- жении при наличии потенциала U (х), который будем нием этих структур в микро- или наноэлектронике и считать медленно меняющейся функцией коорди- в других областях физики твердого тела [1-6]. В ра- наты х. ботах [7–17] вычислены динамической прово- димости σ (ω) или же тока j(ω), т.е. отклика системы Тогда одномерное уравнение Шрёдингера запи- на внешнее воздействие в полупроводниковой шется как многослойной структуре. Теория создавалась в разных моделях с использованием различных математи- ћ2 d 2  U  x  E , (1) ческих способов решения уравнения Шредингера  dx2 для системы электронов, взаимодействующих с 2m электромагнитным полем в структуре с   где,проводя замену   x   exp iS  x  / ћ и полу- образным потенциальным барьером. В этих работах задача решена без учета условия Бастарда [5], чим уравнение для функции S  x  [19] 25

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. 1 ( dS  x)2  iћ  d 2S x    E  U  x . (2) Отметим, что точность квазиклассического 2m 2m   приближения не позволяет учитывать оба слагаемых dx dx2 одновременно, и поэтому в некоторых случаях не   учтем экспоненциально малого слагаемого в (4) и (5). Считая, что рассматриваемая система по своим Линейное и квадратичное приближение свойствам близка к классической, будем искать реше- ние в виде ряда по степеням постоянной Планка, т.е. Рассмотрим изолированную классическую точку поворота при x  a , вдали от которой квази- S  x   S0  x  ћ S1  x  ( ћ )2 S2  x    (3) классическое приближение применимо для расчета i i коэффициента прозрачности потенциального барь- ера [20]. Поэтому решения уравнения Шреденгера в Тогда общее решение уравнения (1) имеет вид разрешенных и запрещенных областях могут быть найдены по формулам (4) – (5).  x  C1 exp  i  p  x  dx    ћ  Волновая функция вблизи точки поворота мо- px , (4) жет быть найдена в результате решения уравнения   Шрёдингера, где вблизи точки поворота ( x  a) по- C2  i    тенциальную энергию U  x  представим в виде  ћ   px exp   p x dx   U x dU x  a 1  2U x  a2 U (x  a)  dx 2 x 2 xa xa  где p  x   2m E  U  x  1/2 , m и E -эффек- (6 a) тивная масса и энергия носителей тока. В классически недоступных областях энергии, т.е. или при E  U  x  , импульс носителей тока становится U  x  U (  0)  U0  U0 2 . (6 b) мнимым. Тогда в этих областях (4) принимает вид Тогда уравнение Шрёдингера запишется как  x  C1 1  | p  x  | dx)   d 2  1 exp( ћ px d 2 Ea E  U 0  U  0  U 0 2   0, (5)  C2 exp ( 1  | p  x | dx) или ћ px  d 2 d 2  k0  k0  k2 2   0, (7) общее решение которого является произвольная линейная комбинация гипергеометрических функций, т.е.      2     2k2  k1   2k2  k1    С  F 1  k12  k0  1 , 4 k 23/ 2 exp 2 k2  1 1 4 16 k 23/ 2 , 2  1 4k 1/ 2    2   2      С2   1 F1 3  k12  k0 3 , 2k2  k1  2k2  k1  2k2  k1 4 16 k 23/ 2  ,  exp  2 k2 , (1.68) 4k 1/ 2  2 4 k 3/ 2  2 2   где   x  a , Ea  ћ2 , k1  1 U   0  1 U ( ) k2  1 U x  1 2U ( ) a 2ma2 Ea Ea , Ea Ea a ,   0  2  0 k02  2m E U (x  0) . ћ2a2 26

№ 10 (103) октябрь, 2022 г.  2  2   exp  ,        В общем случае 1 F1 1  k12  k0 1 , 2k2  k1 2k2  k1 4 16 k 23/ 2  , 4 k 23/ 2 4k 1/ 2  2 4k 3/ 2 2 2 что соответствует экспоненциально растущей 1. С  0, С2  0 волновой функции. Поэтому для выбора волновой 1 функции, удовлетворяющей условия конечности волновых функций в бесконечности, т.е. удовлетво- и 1  k12 3 /  k0  4n . ряющие данного квантово-механического подхода, 4 16 k 2 2 4 k 1/ 2 имеются две альтернативные случаи: 2 В этом случае волновая функция принимает вид     2     2k2  k1   2k2  k1 ,     1 F1 n, 1 , exp 2 k2  (9) 2n  2 4k 3/ 2  (10) 2    (11) а энергетический спектр носителей тока кванто- (12) ван и определяется как (13)  k0  k 1/2 k12 1  16n 2  . 4 k 1/ 2 2 Из (10) получим выражение для размерно-кван- тованного энергетического спектра в виде E  U (x  0)  ћ2 k2 1  16n  k2 2 2m 1    4k2 или  2 2  1  16n    E1 1 U 0 . U (x  0)  U  0  4Ea U  0   2. С  0, С  0 2 1 и 3  k12 3/ 2  k0 2  2(2n  1) . 4 1 6 k 2 4 k 1/ 2 В этом случае волновая функция принимает вид  2        2 n 1    1 F1 n, 3 , 2k2  k1  2k2  k1  2k2  k1  2 4 k 23/ 2  exp  2 k2 ,     а энергетический спектр носителей тока кванто- ван и определяется соотношением:  E2  1 U 0 2 2  U (x  0)  U  0  16n   4Ea  . 11 U  0     27

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Для количественного анализа размерно-кванто- Из рис.1 a и b представлены зависимости раз- ванного энергетического спектра считаем, что мерно – квантованных энергетических спектров, U0  U U0 . Тогда имеем выражение для раз- характеризуемых величинами E1 (n)  U ( x  0) U U 0 мерно-квантованного энергетического спектра в виде, удобного для количественного расчета и E2 (n)  U ( x  0) от параметра x  U0 . Из этих 2 U U 0 EaU E2  U (x  0)  1  16n   1 x  , (14) рисунков видно, что с ростом x  U0 величины U  U 0 4  EaU где x  U  0 , U  U0 U 0 . E1 (n)  U ( x  0) и E2 (n)  U ( x  0) с n  2, 3,... EaU U U 0 U U 0 Аналогичным образом нетрудно получить сле- уменьшается. Эти энергетические величины с дующее выражение n  1 с ростом x  U0 сначала уменьшается и EaU E2  U (x  0) 11  16n  1  2 U  U  0 4  достигается до минимума, а затем увеличивается.   x . (15) Отметим здесь, что при количественных расчетах удобно использовать связь вышеприведенных ги- пергеометрических функций с полиномами Эрмита: Из (11) и (13) формул видно, что для выполне-  H 2n  2  (1)n 2n! 1 F1  n, 1 , 2  , ния условия конечности волновых функций в беско-  2  нечности имеется два вида энергетического спектра,  и оба нелинейно зависят от номера размерного кванто- n! вания, т.е. размерно - квантованный энергетический спектр неэквидистантен.  H 2n1  2  (1)n 2n  1! 2   F1   n, 3 , 2   2  n! 1 Рисунок 1. Зависимости энергетических величин E1 (n)  U ( x  0) и E2 (n)  U ( x  0) от x  U0 U U 0 U U 0 EaU для различных значений номера размерного квантования, где U  U0 U0 Кубическое и биквадратичное приближение где l  m .  3 и  4 -коэффициенты разложе- Далее рассмотрим следующие кубический и би- ния U  x  в ряд по x l . Решение уравнения Шреден- квадратичный члены в (6), т.е. x 1 m 2 x2  x 3  x 4 гера можно произвести аналогичным образом. 2  l   l  При этом оно переходит в уравнение Шреденгера U   3  4 , (16) для гармонического осциллятора при 3  0 и  4  0 . Тогда его можно решить с помощью теории возму- щения [19]. При этом энергия частиц в потенциале (16) 28

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. в нулевом приближении равняется энергию гармо- g   2 , в сферическом приближении в энергетиче- нического осциллятора: 1 2  ском спектре E (k )  2  m E 0    n  1  (17) k 2  k 2 . k  0  y, z  . n  2  y z а волновая функция в нулевом приближении На рис.2 представлена зависимость имеет вид [19] E k  0, n, 1   от параметра 1  для раз-  u    e H 12 12 2 ,   x . (18) личных n . Из рис.2 видно, что энергетический 0 x  2n n!l  n  l n спектр электронов в потенциале (16) принимает дис- кретные значения и крутизна энергетического спек- Тогда расчет энергетического спектра электро- тра тем заметна, чем больше g   2 , а также она нов по теории возмущения дает следующий резуль- 1 тат уменьшается с ростом 1  для произвольных зна- E(k , n)  E(k )  чений n . 2 Линейное приближение    1 1   1  11  1 8 2     30    n   30 n2  n   6 g 2n2  2n 1  Если считаем, что U xa  0 тогда уравнение Шреденгера принимает вид   g 2 1 2  d 2    0,    34n3  51n2  59n  21  , d 2 (20)  (19) решение которого можно представить в виде линейной комбинации функций Эйри первого и вто- где m - эффективная масса электронов, ocь Ox рого рода выбрана в качестве оси размерного квантования,     A1 Ai    B1Bi   , (21) где    x  a [2m(dU / dx)a / ћ2 ]1/3 . Рисунок 2. Зависимость E k  0, n, 1   от параметра 1  для различных n . Сверху первая линия соответствует величине g  0,1 , вторая- g  0, 25 а третья- g  0, 5 для различного значения n Неизвестные величины A1 и B1 , определяемые функция Ai   экспоненциально затухает, а Bi   из граничных условий рассматриваемой задачи, экспоненциально растет. Поэтому в дальнейшем, например, для расчета связанных состояний электро- Ai   Bi   - функции Эйри, которые при отри- нов, считаем, что коэффициент B1  0 , поскольку , волновая функция должна затухать на бесконечно- цательных значениях  как Ai   , так и Bi   сти (см.рис.3). осциллируются, а при положительных значениях  29

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Для определенности рассмотрим случай, когда экспоненциально затухает при    и осцил- разрешенная область находится слева от точки по- лирует при    . Такое решение уравнения ворота   0 , а запрещенная область - справа. Шреденгера описывается функцией Эйри первого Тогда нас будет интересовать решение, которое рода, которая имеет следующие асимптотики, т.е. пр           A1 1 / 2 1/4  exp  2 / 3 3/2 ,       A1  1/4 sin 2 / 3 |   3/2   / 4  (22)  Отметим, что связь затухающих и осциллирую-   x  C exp   2  3/2  , (23) щих решений (4) – (5) в разрешенных и запрещенных  1/4  3  областях энергий может быть получена и без сшивки II волновых функций в определенной координате. Проиллюстрируем это следующим образом. Если которое совпадает с асимптотическим разложе- предположить, что частица налетает на треугольный потенциальный барьер) слева, то справа от барьера нием для функции Эйри при x   , где C – по- (в области   0 ) будет существовать лишь следую- стоянная, определяемая из граничного условия задачи. щая экспоненциально падающая функция: Рисунок 3. График функции Эйри: Ai(y) (ромбы) и Bi(y) (сплошная линия) В классически разрешенной области I ( x  a )     C sin    2  3/ 2  (26)  |1/ 4  4 3  волновая функция может быть представлена в виде I | двух бегущих волн  I    | C1 exp ( 2 i |  |3/2 )  Таким образом, мы установили, что экспоненци-  |1/4 3 ально затухающее решение переходит в осциллиру- (25) ющее решение.  C2 exp ( 2 i |  |3/2 ) В заключение заметим, что полное и строгое ре- |  |1/4 3 шение задачи в квазиклассическом приближении, которое позволит описать волновую функцию для Для того, чтобы это выражение имело вид стоячей произвольных значений х, теперь сводится к задаче о сшивании точного решения уравнения (6) вблизи волны и, тем самым, совпадало с асимптотическим точки   0 с приближенными решениями (4) – (5) выражением для функции Эйри при    , в области применимости соотношений. Этот случай необходимо потребовать, например, требует отдельного рассмотрения. C1  Cei /4 /  2i  и C2  Cei /4 /  2i  . В этом случае формула (10) принимает следующий вид 30

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Список литературы: 1. А.А. Щука. Наноэлектроника. -М., Физматкнига. 2007. - 465 с. 2. Г.М. Младенов, В.М. Спивак, Е.Г. Колева, А.В. Богдан. Наноэлектроника. Введение в наноэлекронные технологии. -Киев-София. 1 книга. Техносфера. 2009. -327 с. 3. Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль. Физические основы наноэлектроники. –Саратов. 2013. -128 с. 4. В.П. Драгунов. Основы наноэлектроники. -М.: Физматкнига. 2006. -494 с. 5. G. Bastard, Wave Mechanics Applied to Semiconductor Heterostructure, Editions de Physique. -Les Ulis, France. 1988. -317 р. 6. E.L. Ivchenko, G.E. Pikus. Superlattices and Other Heterostructures: Symmetry and Optical Phenomena, Springer Series in Solid-State Sciences. -Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 1995; second edition 1997. -657 р. 7. И.В. Беляев, Е.И. Голант, А.Б. Пашковский. Особенности резонансного взаимодействия электронов с высо- кочастотным электрическим полем в двухбарьерных структурах // -ФТП. 1997. –Т.31. -№2. -С.137-144. 8. Е.И. Голант, А.Б. Пашковский. Резонансное взаимодействие электронов с высокочастотным электрическим полем в несимметричных двухбарьерных структурах //-ФТП.-1997. -Т. 31. -№9. –С.1077-1082. 9. Е.И. Голант, А.Б. Пашковски Двухуровневые волновые функции электронов в двухбарьерных квантово- размерных структурах в электрическом поле конечной амплитуды //- ФТП. -2000. -Т.34.-№3. –С. 334-339. 10. Е.И. Голант, А.Б. Пашковский. Резонансные переходы между расщепленными уровнями трехбарьерных наноструктур и перспективы их применения в приборах субмиллиметрового диапазона //-ФТП. -2002. – Т. 36. - № 3. –С. 330-337. 11. А.Б. Пашковский. Четность и резкое расширение резонансных уровней в трехбарьерных структурах //- Письма ЖЭТФ. -2005. -Т. 82. -№ 3-4. -С.228-233. 12. В.Ф. Елесин. Высокочастотный Отклик Двухбарьерных Наноструктур // -ЖЭТФ. -2002. -Т.121. -№ 4. - С. 925-932. 13. В.Ф. Елесин. Резонансное туннелирование электронов, взаимодейтсвующих с фононами // -ЖЭТФ. -2003. - Т. 123. -№ 5. - С. 1096-1105. 14. В.Ф. Елесин. Резонансное Туннелирование И Нелинейный Отклик В Высокочастотном Поле// -ЖЭТФ. -2003. - Т. 124. - № 2. - С. 379-393. 15. В.Ф. Елесин, И.Ю. Катеев. Высокочастотные свойства двухъямных наноструктур// -ФТП. -2008.–Т. 42. -№5. – С. 586-590. 16. В.Ф. Елесин. Переходные Процессы В Двухбарьерных Наноструктурах // -ЖЭТФ. -2014. -Т.145. -№ 6. - С. 1078-1086. 17. В.И. Галиев, А.Н. Круглов, А.Ф. Полупанов, Е.М. Голдис, Т.Л. Тансли Многоканальное рассеяние носителей заряда на гетероструктурах с квантовыми ямами// -ФТП. -2002. -Т. 36. -№5. -С. 576-581. 18. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика (нерелятивистская теория) Т.III. – М.: Физматлит, 2004. – 800 с. 19. Расулов Р.Я., Расулов, Н.З.Мамадалиева В.Р., Султанов Р.Р. Подбарьерный и надбарьерный перенос электронов через многослойные полупроводниквые структуры // Изв. ВУЗов. Физика. -2020. Т. 63. -№4. - С. 8-15. 20. Гаврилов В.С., Денисова Н.А., Калинин А.В. Функции Бесселя в задачах математической физики: Учебно– методическое пособие. – Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2014. – 40 с. 31

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. ЭНЕРГЕТИКА DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14381 НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ГЛУБИНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ФИЛЬТРАТА БУРОВОГО РАСТВОРА В ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ ПРИ ЗАРЕЗКЕ БОКОВОГО СТВОЛА Жамилов Алибек Фозил угли зав. группы, АО «O’ZLITINEFTGAZ», Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Шевцов Владимир Михайлович вед. науч. сотр., АО «O’ZLITINEFTGAZ», Республика Узбекистан, г. Ташкент Маликова Нодира Абдурахман кизи инженер, АО «O’ZLITINEFTGAZ», Республика Узбекистан, г. Ташкент NEW APPROACHES TO EVALUATING THE DEPTH OF DRILLING FLUID INFILTRATION INTO THE RESERVOIR DURING SIDETRACKING Alibek Jamilov Head of group, \"O'ZLITINEFTGAZ\" JSC, Republic of Uzbekistan, Tashkent Vladimir Shevtsov Leading Researcher, JSC \"O'ZLITINEFTGAZ, Republic of Uzbekistan, Tashkent Nodira Malikova Engineer, \"O'ZLITINEFTGAZ\" JSC, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Цель исследования определить глубину проникновения промывочной жидкости в коллектор и степень снижения проницаемости прискважинной зоны коллектора. Предложены методические подходы оценки проник- новения фильтрата бурового раствора, с учетом технологических параметров процесса забуривания бокового ствола, и оценки проницаемости призабойной зоны пласта. ABSTRACT The purpose of the study is to determine the depth of flushing fluid penetration into the reservoir and the degree of permeability reduction in the near-wellbore reservoir zone. The methodological approaches to estimate the penetration of the drilling fluid filtrate, taking into account the technological parameters of the sidetracking process, and the perme- ability assessment of the bottomhole formation zone are proposed. Ключевые слова: фильтраты бурового раствора, загрязнение призабойной зоны пласта (кольматация), радиус проникновения, проницаемость прискваженной зоны, падение годовых отборов. Keywords: drilling mud filtrates, bottomhole zone contamination (skin-factor), penetration radius, permeability of the bottomhole zone, decline in annual withdrawals. ________________________________________________________________________________________________ __________________________ Библиографическое описание: Жамилов А.Ф., Шевцов В.М., Маликова Н.А. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ГЛУБИНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ФИЛЬТРАТА БУРОВОГО РАСТВОРА В ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ ПРИ ЗАРЕЗКЕ БОКОВОГО СТВОЛА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14381

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. В связи с перспективным ростом энергопотреб- глубина зоны проникновения фильтрата может до- стигать 10 и более метров. В работе [3] математиче- ления в Узбекистане актуальным является увеличе- ское моделирование показало, что для сохранения дебита закольматированной горизонтальной сква- ние добычи углеводородов (УВ). Истощение жины требуется увеличить депрессию на пласт в 5 раз. запасов крупных разрабатываемых месторождений, Методы исследования физических свойств в околоскважинных зонах подробно изложены в рабо- сопровождаемое выбытием из эксплуатации дей- тах [4,5,6]. ствующих скважин, ставит перед нефтегазодобыва- Однако, не существует единого аналитического метода оценки кольматации ПЗП, из-за влияния тех- ющими предприятиями задачу восстановления нологических параметров процесса бурение, таких как скорость проходки бокового ствола, вязкость ранее законсервированных (бездействующих) и бурового раствора, репрессия на пласт. ликвидированных скважин, из-за их малых дебитов В настоящей работе предлагаются методические подходы оценки глубины проникновения ФБР в и обводнения, за счет применения высокотехноло- пласт, с учетом технологических параметров про- цесса бурения и проницаемости ПЗП, в зависимости гичных капитальных ремонтов (КРС). Одним из та- от глубины проникновения ФБР. При этом, радиус зоны кольматации определяется с учетом влияния ких направлений в промысловой практике является вязкости бурового раствора (БР), скорости проходки бокового ствола скважины и репрессии на пласт при применение зарезки бокового ствола (ЗБС). Эффек- бурении. тивность ЗБС в восстанавливаемых из бездействую- Проникновение ФБР происходит не равномерно по длине наклонной/горизонтальной части ствола. щего фонда скважин характеризуется увеличением Предположим, что скорость проходки бокового ствола равна vбур. Если длина БС равняется Lг, то их дебитов и, соответственна, ростом отборов газа и время его бурения (tбур) определяется по формуле: газоконденсата, т.е. увеличением коэффициентов извлечения этих УВ. В промысловой практике при ЗБС с горизон- тальным стволом пластовое давление практически остаётся неизменным или незначительно растет, за счет увеличения длины бокового ствола, в направле- нии слабодренируемых участков залежи. В то же время гидростатическое давление в наклонном бо- ковом стволе растет пропорционально его глубине, что обуславливает увеличение репрессии на пласт и способствует загрязнению (кольматация) призабойной зоны пласта (ПЗП), за счет ������г ������бур проникновения фильтратов бурового раствора ������бур = , (1) (ФБР) и механических примесей (МП) при бурении скважины, что результируется в снижении её где время бурения БС равно времени нахождения БР в пробуренной части. производительности. Традиционные методы освоения скважины после ЗБС не могут обеспечить прогнозируемый приток Фильтрацию БР в пласте определим по формуле Дюпьюи [7]: газа, из-за кольматации ПЗП. В этих условиях для выхода на проектный дебит скважины приходится увеличивать депрессию на пласт, что увеличивает ������бур = 2������������пл������г������������реп , (2) ������бур������������������������к������г риски обводнения и, тем самым, снижение продуктивности газовой скважины. В работах [1-6] исследуется влияние загрязнения где kпл – проницаемость пласта, ΔРреп – репрессия на пласт, µбур – вязкость бурового раствора, Rкг – радиус ПЗП на производительность скважины месторожде- контура дренирования, Rс – радиус скважины. ний УВ. В этих работах оценка кольматации прис- Для упрощения задачи, геометрическую фигуру кважинной зоны пласта после бурения производится проникновения БР в пласт представим в виде цилин- на базе данных промыслово-геофизических иссле- дра объемом V, который находится из выражения: дований (ГИС). При проведении ГИС получают ин- формацию о свойствах различных зон вскрываемого ������ = ������������������г(������к2ол − ������с2) , (3) пласта. Микрометоды промысловой геофизики харак- теризуют свойства зоны кольматации и промытой где m – пористость пласта, Rкол – радиус проникно- вения БР. зоны, кавернометрия и коркометрия – механические Объем (V) проникшего ФБР можно определить свойства глинистой корки. Зонды малых размеров из по формуле: комплекса бокового каротажа зондирований (БКЗ) позволяют определять сопротивление зоны проник- новения. Комплекс методов ГИС с разной глубиной ������ = ������бур������бур . (4) исследования позволяет оценить изменения физиче- Приравнивая формулы (3) и (4), с учетом (1) и (2) получим формулу оценки радиуса максимального ских свойств в зоне кольматации, зону массообмена проникновения БР в пласт. и оценить радиус зоны проникновения. В работе [1] результаты моделирования загрязне- ния ПЗП горизонтальных скважин с использованием цилиндрической системы координат показали, что ������кол = 2������пл∆������реп������г + ������с2 . продуктивность скважин по этой причине может √������бур������ ������������������������ксг������бур (5) снижаться на 50% и более. В работе [2] показано, что при высоких репрессиях на пласт (15-20 МПа) 33

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. С использованием выражения (5) можно опреде- определить дебит скважины проектируемым боко- лить максимальное значение глубины загрязнения вым стволом по формуле [7]: ПЗП при разных значениях Lг, ΔРреп, vбур и µбур. ������ = −������г.без+√������г2.без+4(������п2л−������з2.без)������г.без . (14) Авторами предлагается метод оценки проницае- без мости в ПЗП, которая влияет на производительность 2������г.без скважины и определяется в зависимости от глубины проникновения фильтрата. Как было сказано выше, что при проникновении ФБР в продуктивный пласт производительность га- Предположим, что в процессе бурения бокового зовой скважины снижается и, чтобы выйти на её ствола ПЗП не загрязняется и, следовательно, про- проектное значение дебита, необходимо увеличить ницаемость призабойной зоны не снижается. В этом депрессию на пласт. В этом случае формула (14) случае проектирование показателей технологиче- принимает следующий вид: ского режима работы скважины осуществляется на базе коэффициентов фильтрационных сопротивле- ������кол = −������г.кол+√������г2.кол+4(������п2л−������з2.кол)������г.кол (15) ний аг.без и bг.без для горизонтальной скважины, кото- рые определяется при условии, что до забуривания 2������г.кол , бокового ствола на вертикальной скважине были выполнены гидродинамические исследования (ГДИ). где ������г.кол = ������∗ 1 [2 + 2������кол ������������ ������кол По результатам этих ГДИ определяются коэффи- 2������г [������пл ℎ − ������с ℎ − ������с циенты фильтрационного сопротивления ав и bв вертикальной скважины [7]: ������в = ������������������ат������пл ������������ ������кв . (6) + ������кг −+ℎℎ+−������������сс]] (16) ������������плℎпл������ст ������с ������кол Из (6) выделим ������∗ = ������������������ат������пл . (7) + 1 [2 + 2������с ������������ ������с ������пол ℎ − ������с ℎ ������ст ������кол −ℎ + ������с ] + ℎ ; Полученное выражение (7) обозначим через вы- ражение (6): ������∗ [1 [4 ������кол+ℎ−������с 8������2г ������кол ������в������ℎ������пл ������г.кол = ������пл ℎ−������с ������������ − ������∗ = ������������������������ксв . (8) 4 + (2������(к���о���клг−−���ℎ���с++���ℎ���с))2] + 1 [4 ������������ ℎ − (17) ℎ−������с+������кол ������кол ������с ℎ−������с Согласно З.С. Алиеву [7]: 4 + 2(������кгℎ+2������с)−ℎ]] . ℎ ������г.без = ������∗ [2 + 2������с ������������ ������с + ������кг−ℎ+������с] . (9) Из выражения (16) можно определить проницаемость кольматированной зоны пласта при 2������г������ℎ������пл ℎ−������с ℎ ℎ бурении бокового ствола: Такие же преобразования выполняются для ко- эффициентов bв: ������в = (������ст������������ат������пл 1 − 1 ), ������кол = [1+ℎ−���������с���с���������������ℎ���с+������кол2+ℎ������с−ℎ] 2������2ℎп2л������пл������ст ������с ������кг (10) (18) ������г.кол ������г−������1пл[1+ℎ������−к���о���лс������������������кол������.���к���−о���л���с+ℎ+2(������������кког+л−���������с���−с+ℎℎ)] . ������∗ Из (10) выделим ������∗ = ������ст������������ат������пл (11) ������ст Чтобы определить значения коэффициента фильтрационного сопротивления aг.кол необходимо Полученное выражение (11) обозначим через решить следующую систему уравнения при условии, выражение (10): что при разных депрессиях имеем одинаковые зна- чения производительности (Qбез=Qкол=Q): ������∗ = ������в2������2ℎп2л������пл . (12) (���1���с−������1кг) ������г.без ������п2л − ������з2.без Согласно З.С. Алиеву [7]: ������2 + ������г.без ������ − = 0 , (19) ������2 + ������г.кол ������ − ������г.без = 0 ������∗ { ������г.кол ������п2л − ������з2.кол ������г.без = 8������2г ������пл [ 4 ������������ ℎ−������с − 4 + 2(������кгℎ−2ℎ+������с)]. (13) ℎ ������г.кол ℎ−������с ������������ где ������з.без – проектное забойное давление без учета кольматации, ������з.кол – забойное давление после На базе коэффициентов фильтрационных сопро- бурения бокового ствола. тивлений, полученных из выражений (9), (12) для горизонтального ствола представляется возможным 34

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Результаты решения уравнения (19) следующие: ������п2л−������з2.кол ������п2л−������з2.без ������г.кол = ������г.без. (21) ������г.кол = ������п2л−������з2.кол ������г.без; (20) ������п2л−������з2.без Поставляя выражение (20) в формулу (18), с уче- том (9) получим уравнение: ������пл [1 + ������с ������������ ������с + ������кол+������с−ℎ] ℎ−������с ℎ ������кол == 2ℎ , (22) ∆������ [1 + ������с ������������ ������с + ������кг−2ℎℎ+������с] − [1 + ������кол ������������ ������кол + 2(������������ккго+л−���������с���−с+ℎℎ)] ℎ−������с ℎ ℎ−������с ������кол.������−������с+ℎ где ∆������ = ������п2л−������з2.кол . (23) ������п2л−������з2.без Выражение (22) позволяет оценить проницае- предложенным методическим походом формул (5) и мость кольматированной зоны продуктивного пласта (22), предоставляет возможность выбрать конкрет- при значение максимального радиуса проникновения ный метод воздействия на пласт с целю увеличения БР в пласт, определяемого согласно формуле (5). продуктивности скважины, например, при планиро- вании ГТМ: гидравлический разрыв пласта (ГРП), Вывод соляно-кислотная обработка (СКО) и другие. Знание величин радиуса проникновения ФБР и проницаемости ПЗП, которые находятся согласно Список литературы: 1. Крылов В.И., Крецул В.В. (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина) Оценка загрязнения и очистки неодно- родных продуктивных пластов в процессе строительства горизонтальных скважин// Строительство нефтя- ных и газовых скважин на суше и на море ˗ 2006, №12. - с.41-46. 2. Применение эффективной промывочной жидкости при вскрытии продуктивного пласта // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Умедов Ш.Х. [и др.]. 2020. 10(79). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10799 3. Бондаренко В.В. Учет влияния кольматации на производительность горизонтальных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. ˗ 2009, №5.-c.45-47. 4. Берман Л.Б, Нейман В.С. Исследование газовых месторождений и подземных хранилищ газа методами промысловой геофизики. М., Недра, 1972. 5. Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А. Геофизические методы определения параметров нефтегазовых коллекторов. М., Недра, 1978. 6. Дахнов В.Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтенасыщения горных пород. 2-е изд. М., Недра, 1985. 7. Алиев З.С., Бондаренко В.В. Руководство по проектированию разработки газовых и газонефтяных месторож- дений. Печора, Печорское время, 2002. – 895 с. 35

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14455 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ КОНЦЕНТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ Хужакулов Сайдулла Мирзаевич PhD, доц. кафедры «Теплоэнергетика», Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected] Файзиев Тулкун Амирович канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой «Теплоэнергетики», Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши Шеркулов Бахром Гуломович ст. преподаватель кафедры «Теплоэнергетика», Каршинского инженерно экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши Умидуллаев Максуд Ренат оглы энергетик участка ООО «Узнефтгаз БИ», Республика Узбекистан, г. Карши RESEARCH TECHNICAL SPECIFICATIONS OF SOLAR CONCENTRATING SYSTEMS Saidulla Khuzhakulov PhD, Associate Professor of the Department of Thermal Power Engineering, Karshi Engineering and Economics Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi Tulkun Faiziev Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Thermal Power Engineering, Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi Bakhrom Sherkulov Senior Lecturer, Department of Heat and Power Engineering, Karshi Engineering and Economics Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi Maksud Umidullaev Energetik sections of Uzneftgaz BI LLC, Republic of Uzbekistan, Karshi __________________________ Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ КОНЦЕНТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Хужакулов С.М. [и др.]. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14455

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. АННОТАЦИЯ В данной статье исследованы задачи оптимизации и выбора оптимального угла наклона зеркал концентратора и соответствующих параметров для повышения энергетической эффективности концентрирующие системы солнечного излучения, а также геометрические характеристики распределения потока излучения в односекционных плоских концентраторах. ABSTRACT In this article, the problems of optimizing and choosing the optimal tilt angle of the concentrator mirrors and the corresponding parameters for increasing the energy efficiency of concentrating systems of solar radiation, as well as the geometric characteristics of the distribution of the radiation flux in single-section flat concentrators, are investigated. Ключевые слова: концентраторы солнечного излучения (КСИ), фоконы, фоклины, солнечные излучение, слабоконцентрирующие системы, сильноконцентрирующие системы, угол наклона. Keywords: concentrators of solar radiation (CSI), fokons, foklines, solar radiation, weakly concentrating systems, highly concentrating systems, tilt angle. ________________________________________________________________________________________________ На современном этапе развития экономики 2) форма поверхностей, формирующих отражение Республики Узбекистан использование возобновляе- светового потока (плоская, поперечная, ступенчатая мых источников энергии (ВИЭ) имеет актуальное или криволинейная); значение как для обеспечения энергетической безопасности, так и для улучшения социально- 3) многократное отражение светового потока от экономических условий населения и территорий, элементов концентрирующей системы (одно- или расположенных вдали от централизованных многократный рефлектор); энергоснабжении. Необходимо подчеркнуть, что имеются высокие возможности сохранения угле- 4) форма установки (линейная, многоугольная, водородных запасов и улучшения экологической круглая). ситуации в стране. К основным источникам возобнов- ляемой энергии в Узбекистане относятся солнечная, Схема классификации зеркальных систем гидравлическая, ветровая и геотермальная энергия, концентрации солнечной энергии представлена на а также энергия биомассы. По результатам исследо- рис. 1. В эту схему не включена система, состоящая ваний, проведенных узбекскими учеными, техни- из двух концентраторов разной формы, то есть двух- ческий потенциал ВИЭ в Узбекистане составляет зеркальные концентрирующие системы [5]. 270 млн тонн условного топлива, что в три раза превы- шает годовую потребность в энергоресурсах [1-4]. По своей классификации и конструктивным характеристикам концентраторы солнечного излу- Сегодня существует многих типов систем кон- чения (КСИ) подразделяются на слабоконцентри- центрации солнечной энергии, которые используются рующие (Kq<100) и сильноконцентрирующие или могут использоваться в промышленных мас- (Kq>100) типы. Эти определения можно взять за штабах. На основе их моделей и методов расчета, основу для дальнейших исследований. разработанных с учетом различных конструктивно- технологических и эксплуатационных факторов, Слабоконцентрирующие системы – в основном можно определять крупномасштабные интегральные применяется для повышения уровня освещенности, и локальные энергетические характеристики. В ходе что является важным требованием к модулям или исследований были изучены расчетные выражения панелям солнечной энергии и их выходным и графические зависимости, необходимые для дости- характеристикам. Под уровнем освещенности жения оптимальных параметров при исследовании и элементов системы понимается плотность светового проектировании концентраторов и фотопреобра- потока на приемной поверхности элементов, то есть зователей на основе вышеперечисленных методов, обеспечение равномерного распределения излучения. возможности достижения расчетных описаний для В этом плане эффективны концентраторы с плоской построения реальных устройств, разработка и приме- отражающей поверхностью. К группе систем с нения новых типов систем концентрирования [4-8]. расположением приемного элемента в проходящем потоке и прямолинейной структурой относятся Для систематизации процесса аналитического двусторонние концентраторы, называемые исследования соблюдаются классификационные плоскими фоклинами, и многогранные (в основном признаки концентраторов, кроме того, оптические тетраэдрические, т.е. четырехгранные) системы [9-11]. схемы зеркальных концентрационных систем можно При этом, если составные элементы концентратора разделить на группы по следующим признакам [9]. расположены вдоль прямой линии, они называются односекционными (рис. 1, а, б), а многосекционными 1) размещение приемника по направлению (рис. 1, г, д), если они расположены ломаной линией. потока концентрированного солнечного излучения или против потока излучения (в исходном положе- Односекционные плоские системы (рис. 1,а,б) нии приемник облучается не только от отраженного из указанных позволяют добиться от двух до светового потока, но и от непосредственно падающего десятикратной концентрации солнечной радиации солнечного излучения); при выбранных массогабаритных показателях и обеспечить равномерное распределение излучения по поверхности приемника. когда концентратор не точно ориентирован по отношению к солнцу и его 37

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. отражающие поверхности деформированы. Эти важ- концентраторам фотоэлектрической техники, приме- ные преимущества определяют растущие требования к няемой в наземных и космических приложениях [12]. Рисунок 1. Схема классификации зеркального концентратора солнечных лучей В целом заметно, что концентрация солнечного поверхностей. В такой системе с противоположно расположенными отражающими поверхностями света в односекционных системах происходит в движение светового потока между поверхностями результате многократных отражений, что позволяет представлено на рис. 2,а. добиться более высоких значений Кq по сравнению с однократными отражениями от зеркальных 38

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Рисунок 2. Схема распределения потока излучения в односекционном плоском концентраторе: а-поведение потока излучения при многократном отражении; б-определение размера отражающей поверхности; δк, θп – углы падения светового потока на поверхности концентратора и приемника Следующее выражение, определяющее угол значении коэффициента отражения, например при наклона отражающих поверхностей, когда сол- нечные лучи начинают падать на приемник после nk=2, ������������������������������������������ представляет собой не только минималь- отражения, от перпендикулярного расположения ный угол, при котором на приемник может начать системы по отношению к оси симметрии или падать дважды отраженное излучение, но и макси- плоскости приемника, прямая система ориентацию мальный угол, при котором приемник может быть на солнце и равную освещенность поверхности при- облучается однократно отраженным солнечным емника получали графоаналитическим методом [10]: светом, т.е. на практике ��������������������������� ��������������� = ������������������������������������. Однако это ������к������������������ = ������������к−������/2 (1) не означает, что в случае ������������ > ������������������������������������ невозможно 2������к сконцентрировать поток излучения в приемнике за счет однократного отражения, в этом случае Если θk≤ θkmin, то после отражения nk световой решение состоит в подключении второй рефлектор поток возвращается от концентрирующей системы, в простую систему, затем третий (при ������������������������������������ ������������) и т.п., а в случае θk> θkmin освещает приемник. При любом соответствующие значения углов ������������������������������(������������������) для различных чисел отражения приведены в таб. 1. Таблица. 1. Технические характеристики односекционных плоских концентраторов nk θk, град При ������������������������������ N=2 N=4 min max а/а0 Kг Kқ Kг Kқ 1 45,0 67,5 1,85 2,42 2,28 3,84 3,56 2 67,5 75,0 5,3 3,74 3,38 6,48 5,76 3 75,0 78,8 10,3 5,02 4,36 9,04 7,72 4 78,8 81,0 17,0 6,32 5,30 11,64 9,60 5 81,0 82,5 25,4 7,62 6,14 14,24 11,28 Примечание. Значение Кқ определяется на основе Rқ = 0,9 39

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. С помощью графоаналитического метода можно Отсюда ширина всех отражающих сторон показать, что ширина участка отражающей поверх- концентратора определяется следующим образом: ности, соответствующая n-й компоненте, при условии, что приемник облучается каждой nk-й компонентой ������ = ������0[∑������������к=1(−1)������������������������2������������к]/ ������������������������к, (3) отраженного тока, имеет следующую зависимость: ������������ = ������0(−1)������������������������2������������к/ ������������������������к, (2) где а0 - характерный размер приемника, равный ширине выходного отверстия фоклина (рис. 2, б). Высота или глубина концентратора определяется следующим образом: ������ = ������ sin ������к = ������0[∑������������к=1(−1)������������������������2������������к]������������������к. (4) Рисунок 3. График зависимости геометрического коэффициента концентрации и относительной ширины отражающей поверхности от угла наклона плоских сторон фоклина: 1,2,3,4,5 - количество отражений Выражение для определения среднего коэф- На рис. 3 показано, как изменяется геометри- фициента концентрации записывается в следующем ческий коэффициент концентрации плоского фоклина виде: с увеличением числа отражений, участвующих в ������������ = 1 + ������ ∑������������к=1(−1)������������������������������������������2������������к, (5) процессе концентрации, и величины угла θk. Из гра- где N — количество сторон концентратора. фика видно, что увеличение числа отражений также Если Rq = 1, выражение для определения увеличивает значение коэффициента концентрации. геометрического коэффициента концентрации из выражений (4) и (5) принимает вид Например, если угловая величина θk равна θk≈80°, то при однократном отражении она равна Kг≈2,85, Кг = 1 + ������ ������ ������������������������к. (6) при двукратном отражении равна Kг≈4,35, а при ������0 трехкратном отражении Kг≈5,4. Здесь описание изменения a/a0 (кривая, проходящая через точку, Это выражение соответствует выражению, соответствующую углу θk min) дано условно. определяемому отношением площади входной поверхности концентратора к площади входной по- Выбор оптимального угла наклона зеркал кон- верхности приемника, расположенного на его выходе, центратора и соответствующих параметров основан и подтверждает правильность выражений (3)-(5). на совместном анализе подобных зависимостей с учетом масс концентратора и фотопреобразова- телей. 40

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Список литературы: 1. Об использовании возобновляемых источников энергии: Закон Республики Узбекистан от 21 мая 2019 г. № ЗРУ-539 / Национальная база данных законодательства; Собрание законодательства Республики Узбекистан, 22.05.2019 г., № 03/19/539/3161 [Электронный ресурс]. URL: https://lex.uz/docs/4346835 (дата обращения: 5.10.2022). 2. Solargis / Global Solar Atlas / World Bank Group [Электронный ресурс]. URL: https://solargis.com/maps-and-gis- data/download/uzbekistan/ (дата обращения: 05.10.2022). 3. Солнечная энергетика в мире [Электронный ресурс]. URL: https://alternativenergy.ru/solnechnaya- energetika/92-solnechnaya-energetika-vmire.html (дата обращения: 05.10.2022). 4. Состояние и перспективы использования возобновляемых источников энергии в Узбекистане (доклад для молодых ученых ТАСИ) д.т.н., проф. Р.Р. Авезов, Главный. – презентация. http://www.myshared.ru/slide/1417321/ (дата обращения: 10.10.2022). 5. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрические преобразование концентрированного солнечного излучения. Л.: Наука, 1989. – с. 310. 6. M. Petrollese, M. Cascetta, V. Tola et al. Pumped thermal energy storage systems integrated with a concentrating solar power section: Conceptual design and performance evaluation. //Energy 247 (2022) 123516. journal homepage: www.elsevier.com/locate/energy. (дата обращения: 05.10.2022). 7. K.J. Sareriya et al.. A comprehensive review of design parameters, thermal performance assessment, and medium temperature solar thermal applications of Scheffler concentrator. //Cleaner Engineering and Technology 6 (2022) 100366. journal homepage: www.sciencedirect.com/journal/cleaner-engineering-and-technology. (дата обращения: 05.10.2022). 8. F. Rubbi, L. Das, K. Habib et al. A comprehensive review on advances of oil-based nanofluids for concentrating solar thermal collector application. //Journal of Molecular Liquids 338 (2021) 116771. journal homepage: www.else- vier.com/locate/molliq. (дата обращения: 05.10.2022). 9. M. Tafavogh and A. Zahedi. Design and production of a novel encapsulated nano phase change materials to improve thermal efficiency of a quintuple renewable geothermal/hydro/biomass/solar/wind hybrid system. //Renewable Energy 169 (2021) 358e378. journal homepage: www.elsevier.com/locate/renene. (дата обращения: 05.10.2022). 10. Грилихес В.А., Зайцев О.Ф. Плоские фоклины с многократным отражением как концентраторы солнечного излучения // Гелиотехника. 1981. № 5. С. 22-30. 11. Грилихес В.А., Зайцев О.Ф. Многосекционные плоские фоклины как концентраторы солнечного излучения // Гелиотехника. 1983. № 3. С. 25-29. 12. Честа О.И., Грилихес В.А. Анализ характеристику плоских пленочных концентраторов для солнечных фото- электрических установок // Гелиотехника. 1987. N 6. С. 20-23. 41

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14454 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ «ЖИВОТНОВОДЧЕСКО-ГЕЛИОТЕПЛИЧНОГО КОМПЛЕКСА» Эргашев Шахриёр Хамудиллаевич ст. преподаватель кафедры «Теплоэнергетика», Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected] Файзиев Тулкун Амирович канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой «Теплоэнергетики», Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши MATHEMATICAL MODELING OF THE STATIONARY TEMPERATURE REGIME OF HEATING SYSTEMS OF THE \"LIVESTOCK-HELIOGREENHOUSE COMPLEX\" Shakhriyor Ergashev Senior Lecturer, Department of Heat and Power Engineering, Karshi Engineering and Economics Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi Tulkun Faiziev Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Thermal Power Engineering, Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi АННОТАЦИЯ В статье разработана математическая модель стационарного режима системы отопления гелиотеплицы на основе энергии биогаза полученной из отходов животноводства и энергии солнца, позволяющая рассчитать ути- лизацию тепла животноводческих помещений. Установлено что, тепло утилизируемое из животноводческого по- мещения, может покрыть 34 % тепловой нагрузки гелиотеплицы с рабочей площадью 180 м2. ABSTRACT The article developed a mathematical model of the stationary mode of the heliogreenhouse heating system based on biogas energy obtained from animal waste and solar energy, which makes it possible to calculate the heat utilization of livestock buildings. It has been established that the heat recovered from the livestock building can cover 34% of the heat load of a heliogreenhouse with a working area of 180 m2. Ключевые слова: гелиотеплица, теплопотери, ограждающие конструкции, расходуемый воздух, обогрев, внутренняя климат теплицы, количество теплоты, испарения влаги, математическая модель. Keywords: heliogreenhouse, heat loss, enclosing structures, consumed air, heating, internal climate of the greenhouse, amount of heat, moisture evaporation, mathematical model. ________________________________________________________________________________________________ В настоящее время в нашей стране особое вни- устройства, состоящего из плоскостенного водо- мание уделяется внедрению энергосберегающего, вы- сборника и животноводческого-гелиотепличного сокоэффективного оборудования и технологий, в комплекса с подземным тепловым аккумулятором, частности, использованию возобновляемых источ- предназначенного для создания необходимого кли- ников энергии для создания необходимого климати- матического режима с использованием солнечной и ческого режима в животноводческих помещениях. биоэнергии. Расчетная схема предлагаемого энерго- Для этого разработан экспериментальный вариант сберегающего комплекса представлена на рис. 1. __________________________ Библиографическое описание: Эргашев Ш.Х., Файзиев Т.А. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ \"ЖИВОТНОВОДЧЕСКО- ГЕЛИОТЕПЛИЧНОГО КОМПЛЕКСА\" // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14454

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Внутренний климат теплицы должен иметь оп- теплового потока от находящегося там скота, коли- тимальные условия для выращивания растительной чество вредных газов в воздухе животноводческого продукции и быть неизменным. Температура, влаж- помещения нормировано. В солнечные дни солнечная ность и многие параметры в теплице должны кон- энергия, поступающая в гелиотеплицу, аккумулиру- тролироваться. С этой целью рядом исследователей ется в земляном покрове, в резервуаре для воды, были предложены дополнительные системы для расположенном между животноводческим помеще- солнечных теплиц [1 - 8]. нием и гелиотеплицей. В пасмурные дни в гелиотеп- лице создается микроклимат за счет передачи Животноводческий корпус рассчитан на 40 голов нагретой воды от котла работающего на получен- скота, наряду с частичным подогревом воздуха в ного на биогазовой установке. гелиотеплице за счет утилизации естественного Рисунок 1. Расчетная схема для расчета теплового баланса \"Животноводческого-гелиотепличного комплекса\" Математическая модель комбинированного и метеорологических параметров теплового режима гелиотепличного-животноводческого комплекса с уче- может быть записана следующим образом: том конструктивных, технических, технологических  V с dt живот. ( )  Qживот..  (Qогр  Qвен  Qпар  Qинф )  Qвен .нар  живот . d  dt теп . ( ) (1) d  V теп . с  Qвен  Q рад  Qбг  Qтеп ..огр  В зависимости от их живой массы от скота вы- Qогр  Qнар.ст  Qпот  Qпол  деляется тепло, влага и углекислый газ. Тепловой поток, свободно отделяемый от скота, можно запи-  Fнар.ст  Fок  Fдв  Fпот  Fпол  сать в виде [9]:   Rнар.ст Rокно Rпот Rпол  (tживот. ( )  tнар ) Qживот..  пq живот.k tQ (2) (3) где, п -число голов скота, qживот. - свободный тепло- где Fнар .ст , Fок , Fдв , Fпот , Fпол - площади наруж- вой поток выделяемый от одного животного, Вт; ной стены, окна, двери, потолка и пола животно- ktQ - поправочный коэффициент учитывающий сво- водческого помещения соответственно, м2; Rнар .ст , бодное выделение тепла от животных в зависимости Rокно , Rпот , Rпол - термическое сопротивление от температуры внутри помещения (таб.1). наружной стены, окна, двери, потолка и пола Потери тепла через ограждения животноводче- животноводческого помещения соответственно, ского помещения, включающие себя потери через наружную стену, потолок и пол, выражается следу- ( м2 0 С ) / Вт ; t живот. ( ) - внутренняя температура ющим образом [10]: воздуха животноводческого помещения, 0 С ; tнар - наружная температура воздуха, 0 С . 43

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Воздухообмен между животноводческим поме- Wпар  0,25Wживот.  0,25nW1ktW щением и гелиотеплицей обеспечивается потребно- стью гелиотеплицы в углекислом газе [11]. Потери тепла с влажной поверхности животно- Теплообмен между ними через вентиляцию выража- водческого помещения на испарение влаги опреде- ется следующим образом: ляются по следующей формуле [9] Qвен  Lвсв (tживот. ( )  tтеп ( )) (4) Qпар  0,278  2,49 Wживот.  0,173  nW1ktW (5) где L - объёмный расход воздуха, м3 / с ; где п - число животных; W1 - количество водяного в - плотность воздуха, кг / м3 ; св - удельная выделяемого от одного животного, г / соат ; теплоёмкость воздуха, Ж / (кг 0 С ) ; t теп ( ) - ktW - поправочный коэффициент учитывающий внутренняя температура гелиотеплицы, 0 С . выделение влажности животными в зависимости от Влага, испаряющаяся с влажной поверхности температуры воздуха внутри помещения (таб. 1). животноводческого помещения (полы, полив, корм- ление и т. д.), равна 25 % от всей влаги, выделяемой животновоными, т. е. Таблица 1. Поправочный коэффициент учитывающий выделение влажности животными в зависимости от температуры воздуха внутри помещения Внутренняя температура Поправочные коэффициенты животноводческого помещения, tживот. , 0С По свободному выделенюю тепла, По выделенюю ktQ влажности, ktW -10 1,59 0,61 -5 1,43 0,67 0 1,21 0,76 5 1,12 0,86 10 1,00 1,00 15 0,85 1,24 20 0,63 1,70 25 0,30 2,40 Поправочный коэффициент, учитывающий тепла от животных уменьшается, а влажность увели- выделение свободного тепла и влаги от животных, чивается. Это, в свою очередь, оценивается по изме- зависит от внутренней температуры помещения, нению вводимых поправочных коэффициентов в и при повышении температуры свободный поток зависимости от температуры (рис. 2) [12]. а) б) Рисунок 2. График зависимости поправочных коэффициентов от выделения свободного тепла и влажности (а), от тепловой мощности (б) 44

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Примем, что тепловой поток, теряемый через инфильтрацию, равен 30 % теплоты, теряемой через ограждения, и выражается следующим образом: Qинф  0,3  Qогр  0,3 Fнар .ст  Fок  Fдв  Fпот  Fпол  (6) Rнар .ст Rокно Rпот Rпол (tживот. ( )  tнар )  Благодаря постоянному воздухообмену между где кинф. - коэффицент инфильтрации, кинф.  1,11 ; животноводческим помещением и гелиотеплицей, часть тепловой потребности гелиотеплицы покры- когр - коэффициент ограждения, равный отношению вается вентиляцией. Кроме того, в солнечные дни гелиотеплица обогревается солнечной энергией, чистой поверхности гелиотеплицы к инвентарной попадающая в гелиотеплицу солнечная радиация, (рабочей) поверхности, когр  1, 25 ; К - коэффици- рассчитывается по следующему выражению [13]: ент теплопередачи между гелиотеплицей и внешней  (7) средой, для двухслойной полиэтиленовой пленки Q рад  q пад к Fпог пр теп К  5, 8 Вт / ( м2 0 С ) [14]. где Fтеп - рабочая площадь гелиотеплицы; В ночное время без поступления солнечного света гелиотеплица обогревается горячей водой,  пог , к пр - коэффициенты поглощения и коэф- нагретой биогазовым котлом, и это тепло можно рассчитать следующим образом [15]: фициент пропуска солнечных лучей гелиотеплицы Qбг  Gвод свод (tвод  tвод ) (9) соответственно,  пог  0,8; к пр  0,62 ;  - qпад где Gвод - массовый расход теплоносителя (вода), падение солнечного излучения на едицу площади, кг / с ; свод - удельная теплоёмкость теплоносителя  (вода), Ж / (кг 0 С ) ; tвод , tвод - входная и выходная qпад  200  500 Вт / м 2 . температура воды поступающей в отопительную систему гелиотеплицы соответственно, 0 С . Потери тепла через внешние ограждения гелио- теплицы можно выразить следующим образом [14]: Учитывая выражения (2)-(9), выражение (1) можно записать в следующем виде: Qтеп ..огр  кинф когр КFтеп (tтеп ( )  t нар ) (8)  dt живот. ( )  пq живот. k tQ  1,3 Fнар .ст  Fок  Fдв  Fпот  Fпол  )  t нар )  V живот.с d  R нар .ст R о кно Rпот Rпол (t живот. (    L в св (t живот. ( )  t теп ( ))  0,173  nW1k tW (10)  V с dt теп . ( )   G вод свод (t вод  t вод )   d теп .  L в св (t живот. ( )  t теп ( ))  q пад  кпог пр Fтеп   к инф к огр КFтеп (t теп ( )  t нар ) Систему уравнений (10) представим в виде ли- ( t живот. ( ), t теп ( ) ) внутренней температуры жи- нейных дифференциальных уравнений первого по- рядка, описывающих изменение во времени вотноводческого помещения и гелиотеплицы во времени.   1,3 Fнар .ст Fок  Fдв  Fпот Fпол  L в св Rнар .ст Rпол    Rокно Rпот    dt живот. ( )  t живот. ( )  L t теп . ( )  V жи во т .  d V жи во т . с  1,3 Fнар .ст  Fок  Fдв  Fпот  Fпол t нар (11)  Rнар .ст Rпол   Rокно Rпот  пq живот.k tQ  0,173  nW1ktW   V жи во т . с  V жи во т . с  V жи во т . с   dt теп . ( )   кинф к огр КFтеп  L в св dt теп . ( )  L t живот.. ( )  к инф к огр КFтеп t нар   Vтеп .с Vтеп . Vтеп .с  d  пог к пр Fтеп   Vтеп .с qпад  Gвод свод (tвод  tвод ) ;  Vтеп .с  45

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Введем обозначения потерь через единицу пло- потери через единицу площади ограждения гелио- щади ограждения животноводческого помещения теплицы к инф к огр К  1 и запишем уравне-  Fнар .ст Fок  Fдв Fпот Fпол  Fогр R теп .огр  Rнар .ст  Rокно  Rпот  Rпол   Rогр , ние (11) в следующем виде:  1,3 Fогр  Lвсв 1,3 Fогр t нар  пq живот. k tQ  0,173  nW1k tW  Rогр Rогр V живот.с V живот.с  dt живот. ( )   t живот. ( )  L t теп . ( )   d V живот.  V живот.с V живот.с (12)  Fтеп  Lвсв  R теп .огр  dt теп . ( )  dt ( )  L t живот.. ( )  Fтеп t нар   пог к пр Fтеп q пад  G вод с вод (t вод  t вод ) ;  V теп . Rтеп .огр Vтеп .с Vтеп .с Vтеп .с  d Vтеп .с теп . Для решения дифференциальных уравнений (12) среднесуточное значение солнечной радиации построим блок-схему (рис. 3) в статическом состоя- нии программы MATLAB/Simulink без учета измене- q пад  150 Вт / м 2 и показываем на рис. 4 измене- ния плотности и удельной теплоемкости воздуха от температуры. В статической модели мы берем темпе- ние температуры воздуха в животноводческом по- мещении и в помещении гелиотеплицы в ратуру наружного воздуха tнар  00 С , принимаем зависимости от времени. Рисунок 3. Блок схема математической модели статического состояния системы теплоснабжения животноводческо - гелиотепличного комплекса в программе MATLAB/Simulink 46

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Рисунок 4. Изменение температуры воздуха во времени в животноводческом помещении и в гелиотеплице Как видно из рис. 4, что при температуре наруж- Как видно из результатов блок-схемы в стати- ного воздуха tнар  00 С и величине солнечного излу- ческом состоянии (рис. 3) (рис. 4), при температуре наружного воздуха 00С, средней солнечной радиа- чения qпад  150 Вт / м2 даже при неработающей ции 150 Вт/м2 внутренняя температура животновод- системе отопления в гелиотеплице температура ческого помещения составляет 18,80С, внутренняя может повысится в животноводческом помещении температура гелиотеплицы за 50 минут повысится до tживот  18,80 С а в гелиотеплице до tтеп  15, 60 С . до 15,60С. Если оценить тепловую нагрузку гелио- теплицы по потерям тепла через внешние огражде- Выводы ния и энергии, используемой для обогрева воздуха в помещении (26,25 кВт), то определилось, что это Для расчета математической модели теплового может быть покрыто за счет солнечной энергии баланса \"животноводческого гелиотепличного ком- 66 % (17,28 кВт) и за счет утилизации животно- плекса\" в пакете MATLAB/Simulink разработана водческого помещения 34 % (8,97 кВт). блок схема в статическом состоянии; Список литературы: 1. Ghosh A., Ganguly A., 2017. Performance analysis of a partially closed solar regenerated desiccant assisted cooling system for greenhouse lettuce cultivation. Sol. Energy 158, 644–653. 2. Ozgener L., Ozgener O., 2010. Energetic performance test of an underground air tunnel system for greenhouse heat- ing. Energy 35 (10), 4079–4085. 3. Ghosal M.K., Tiwari G.N., 2006. Modeling and parametric studies for thermal performance of an earth to air heat exchanger integrated with a greenhouse. Energy Convers. Manage. 47 (13–14), 1779–1798. 4. Sharan G., Prakash H., Jadhav R., 2004. Performance of Greenhouse Coupled to EarthTube-Heat-Exchanger in Closed-Loop Mode. 5. Xu J., Li Y., Wang R.Z., Liu W., 2014. Performance investigation of a solar heating system with underground sea- sonal energy storage for greenhouse application. Energy 67, 63–73. 6. Zarei T., Behyad R., Abedini E., 2018. Study on parameters effective on the performance of a humidification-dehu- midification seawater greenhouse using support vector regression. Desalination 435, 235–245. 7. Zhai Z.J., Chen Q.Y., 2005. Performance of coupled building energy and CFD simulations. Energy Build. 37 (4), 333–344. 8. Zhang G., Fu Z., Yang M., Liu X., Dong Y., Li X., 2019. Nonlinear simulation for coupling modeling of air humidity and vent opening in Chinese solar greenhouse based on CFD. Comput. Electron. Agric. 162, 337–347. 9. Hayriddinov B.E., N.S. Holmirzayev, and Sh H. Ergashev. \"Combination of the solar greenhouse-livestock farms with the subsoil accumulator of heat.«.\" Symbol of science». International scientific magazine. OMEGA SCIENCE INTERNATIONAL CENTER OF I,(OVATION) 16 (2017). 10. Хайриддинов Б.Э., Холмирзаев Н.С., Халимов Г.Г., Рысбаев А.С. and Эргашев Ш.Х., 2018. Муқобил энергия манбаларидан фойдаланиш. Монография. Т.“ADAD PLYUS, 417. 47

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. 11. Хайриддинов Б.Э., Холмирзаев Н.С., Эргашев Ш.Х., Хайриддинов А.Б., Нурматова Д.Ж. Комбинирование гелиотеплицы-живодноводчеких ферм с подпочвенным аккумулятором теплица // Символ науки. 2017. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kombinirovanie-gelioteplitsy-zhivodnovodchekih-ferm-s-podpochvennym- akkumulyatorom-teplitsa (дата обращения: 06.10.2022). 12. Ergashev Sh H., et al. \"Results of mathematical modeling of nostatic temperature temperature heating of\" livestock heat complex\" through the use of solar and bio energy.\" International Conference on Remote Sensing of the Earth: Geoinformatics, Cartography, Ecology, and Agriculture (RSE 2022). Vol. 12296. SPIE, 2022. 13. Uzakov G.N. Technical and economic calculation of combined heating and cooling systems vegetable store-solar greenhouse// Applied Solar Energy. – Allerton Press, USA, 2012. –vol.48, №1. –PP. 60-61. 14. Sh.H. Ergashev et al 2022 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1070 012031. 15. A.A. Khusenov et al 2022 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1070 012032. 48

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ПЕРЕД ПАРОСИЛОВОЙ Буравченков Иван Михайлович студент, кафедра промышленной теплоэнергетики НИУ «МЭИ», РФ, г. Смоленск E-mail: [email protected] Любова Татьяна Степановна канд. тех. наук, доц. кафедры ПТЭ НИУ «МЭИ», РФ, г. Смоленск ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF A COMBINED CYCLE PLANT BEFORE A STEAM POWER PLANT Ivan Buravchenkov Student, Department of Industrial Heat Engineering NRU «MPEI», Russia, Smolensk Tatyana Lyubova Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of PTENIU «MPEI», Russia, Smolensk АННОТАЦИЯ В статье рассмотрены два типа ТЭЦ работающих на природном газе – парогазовая установка и паровой агрегат для выработки электроэнергии. Выполнен сравнительный анализ технических, эксплуатационных и экономических характеристик этих двух видов оборудования. Сделан вывод о том, что парогазовая установка является наиболее эффективной в производстве электроэнергии и выработке тепла. ABSTRACT The article discusses two types of CHPs operating on natural gas – a combined cycle plant and a steam unit for generating electricity. A comparative analysis of the technical, operational and economic characteristics of these two types of equipment has been carried out. It is concluded that the combined cycle plant is the most efficient in the produc- tion of electricity and heat. Ключевые слова: парогазовая установка, паросиловая установка, газовая турбина, коэффициент полезного действия (КПД). Keywords: Combined cycle plant, steam power plant, gas turbine, efficiency factor efficiency. ________________________________________________________________________________________________ ПГУ включает в себя две установки: паросило- очень высокую температуру (1300-1400 °С). Из ГТУ вую (ПСУ) и газотурбинную (ГТУ). В ГТУ турбина продукты сгорания попадают в паросиловую уста- вращается за счет сгорания топлива (мазута, со- новку, а именно в котел-утилизатор (КУ). Там они лярки, природного газа). На том же валу, что и тур- нагревают воду, и образуется водяной пар. Перегре- бина располагается первый генератор. Генератор за тый водяной пар (t = 500 °С, P = 100 атм) приводит счет вращения ротора вырабатывает электрический в действие ПСУ, которая в свою очередь, приводит ток. На выходе из ГТУ продукты сгорания имеют в действие второй электрогенератор (рис.1) [1]. __________________________ Библиографическое описание: Буравченков И.М., Любова Т.С. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ПЕРЕД ПАРОСИЛОВОЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14433

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Рисунок 1 Принципиальная тепловая схема ПГУ с КУ: КУ – котел-утилизатор; ПТ – паровая турбина; ГТУ – газотурбинная установка Парогазовая установка - самая эффективная общей мощности, а ГТУ охлаждающей воды прак- энергетическая установка, используемая для произ- тически не требует. водства электроэнергии. Коэффициент полезного действия (на конденсационном режиме), уже сегодня ПГУ обладает высокой маневренностью, что яв- достигает 60 %, что составляет 82 % от теоретически ляется немаловажным фактором в обеспечении возможного уровня. В то же время КПД современных надежности энергосистемы, существенно облегчает паросиловых установок СКД не превышает 40% и проблему покрытия переменной части графика элек- потенциал повышения КПД у них практически ис- трической нагрузки. черпан [2]. ПГУ по сравнению с паросиловой ТЭЦ имеет Применение парогазового цикла вместо паро- меньшую (примерно на 40%) удельную стоимость силовой установки с паровыми турбинами той же установленной мощности. Что связано с меньшим мощности и тех же параметров снижает удельный объемом строительной части, с отсутствием сложного расход топлива примерно на 6-12 %. энергетического котла, дорогой дымовой трубы, си- стемы регенеративного подогрева питательной ПГУ - самая экологически чистая энергетиче- воды, использованием более простой паровой тур- ская установка. В первую очередь это объясняется бины и системы технического водоснабжения и т.д. высоким КПД - ведь вся та теплота, содержащаяся в топливе, которую не удалось преобразовать в элек- ПГУ имеют существенно меньший строительный троэнергию, выбрасывается в окружающую среду и цикл. Основное оборудование ПГУ поступает на происходит ее тепловое загрязнение. Поэтому умень- площадку строительства крупными модулями, что шение тепловых выбросов от ПГУ по сравнению с позволяет значительно сократить сроки монтажа и паросиловой будет ровно в той степени, насколько обеспечивает возможность вводить поэтапно обору- меньше будет расход топлива на производство дование. Строить электростанции с ПГУ гораздо вы- электроэнергии. годнее, чем с паросиловой установкой или АЭС. В таблице 1 приведено сравнение некоторых показате- При одинаковой мощности паросиловой и паро- лей этих электростанций, данные ОАО «Научно- газовой ТЭЦ потребление охлаждающей воды ПГУ производственное объединение по исследованию и примерно втрое меньше. Это определяется тем, что проектированию энергетического оборудования им. мощность паросиловой части ПГУ составляет 1/3 от И.И. Ползунова» [5]. Таблица 1. Сравнение показателей электростанций ПОКАЗАТЕЛИ ПСУ ПГУ АЭС СРОК СТРОИТЕЛЬСТВА, ЛЕТ 6-8 1-3 7 - 10 КПД, % 35 - 39 40 - 58 30 - 33 Кроме перечисленных выше преимуществ су- Еще один недостаток – это низкая единичная мощ- ществуют и недостатки. Основным из них является ность оборудования (160-450 МВт на один блок, сложность в обслуживании комплекса оборудования. для сравнения: современные ТЭС имеют мощность до 1200 МВт, а АЭС – 1200-1600 МВт) [3]. 50

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. В настоящее время около 68 % вводимых в мире тепловых электростанций. Использование ПГУ электростанций работают на основе парогазового позволит существенно экономить топливо, а также цикла. В России же таких установок гораздо снизит количество загрязняющих выбросов в атмо- меньше [4]. сферу. Мировой опыт показывает, что широкое приме- нение парогазовых установок – это одно их основ- ных направлений повышения энергоэффективности Список литературы: 1. Трухний А.Д., Макаров А.А., Клименко В.В. Современная теплоэнергетика: учебник для вузов. В 2 ч. Ч. 1 / под общ. ред. чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МЭИ, 2003 – 376 с. 2. СТО 70238424.27.100.016-2009 Парогазовые установки. Организация эксплуатации и технического обслужи- вания. Нормы и требования. – Введ. 2010-01-29. – М.: НП ИНВЭЛ, 2009 – 74 с. 3. Безлепкен В.П., Гольдштейн А.Д. О схемах надстройки паротурбинных установок газовыми турбинами // Теплоэнергетика. – 2000 – № 5 – С. 56–58 с. 4. Энергетика: история, настоящее и будущее. Кн. 3 Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики [Электронный ресурс] – URL: http://energetika.in.ua/ru/books/book-3/part-1/section-3/3-8 (дата обращения: 25.09.2016). 5. Технопромэкспорт – данные ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова», ранее - Центральный котлотурбинный институт (ЦКТИ) о капитальных затратах на ПГУ мощностью 200 МВт и паросиловую установку той же мощности с котлом производительностью 600 т/ч, работающим в блоке с турбиной К-200-130.; Брошюра о компании. – Технопромэкспорт, 2019, с. 47. 51

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14425 ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ Рахмонов Икромжон Усмонович д-р техн. наук, доц., зав. кафедрой «Электроснабжение», Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Ниёзов Нумон Низомиддинович доц. кафедры «Электроснабжение», PhD, Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] MAIN PERFORMANCE INDICATORS OF INTRODUCING AN AUTOMATED INFORMATION SYSTEM FOR POWER CONSUMPTION MANAGEMENT IN INDUSTRIAL ENTERPRISES Ikromjon Rakhmonov Head of Department “Power Supply” Doctor of Technical Sciences, assistant professor, Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent Numon Niyozov Assistant professor of Department “Power Supply” PhD, Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В статье рассматриваются вопросы эффективности применения автоматизированной системы для управления электропотреблением промышленных предприятий, в частности предприятий с непрерывным характером производства. Приведена структурная схема влияния факторов, определяющих эффективность внедрения единой автоматизированной информационной системы на примере четырех основных показателей. ABSTRACT The article discusses the issues of the effectiveness of the use of an automated system for managing the power consumption of industrial enterprises, in particular enterprises with a continuous nature of production. A block diagram of the influence of factors that determine the effectiveness of the implementation of a unified automated information system is given on the example of four main indicators. Ключевые слова: сокращение времени, надежность, качество, экономичность, цифровизация, бенчмаркинг, точность. Keywords: time reduction, reliability, quality, efficiency, digitalization, benchmarking, accuracy. ________________________________________________________________________________________________ цифровизации отрасли, позволяющая корректно и В настоящее время в Республике Узбекистан точно формировать и передавать данные о потреб- предпринимаются меры по цифровизации отраслей лении энергии промышленными предприятиями [6; 4; экономики и услуг. В этой связи созданная авторами 14; 10; 3; 13]. статьи Единая информационная система может рас- сматриваться как практическая работа в области __________________________ Библиографическое описание: Рахмонов И.У., Ниёзов Н.Н. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРО- ПОТРЕБЛЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14425

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Известно, что не каждая автоматизированная возможность полного анализа и планирования ра- система может оказаться эффективной для предприя- боты энергетического хозяйства промышленного тия, поскольку это зависит от характеристик объекта, предприятия, а также принятия решения по результа- на котором она внедрена [7; 5; 15]. Одним из пре- там их анализа [9; 11; 12; 8; 1; 2]. Высокая экономи- имуществ созданной автоматизированной системы ческая эффективность от внедрения этой системы управления потреблением электроэнергии является обеспечивается реализацией следующих мероприя- тий: Рисунок 1. Основные показатели эффективности внедрения автоматизированной информационной системы для управления электропотреблением промышленными предприятиями  расчет показателей энергоэффективности на  сокращение энергозатрат промышленного последовательных этапах технологических процессов. предприятия за счет прогнозирования суточного, Показатель энергоемкости, определенный по ре- месячного и годового расходов ТЭР с учетом факто- зультатам расчета, анализируется на основе ров, влияющих на объемы их потребления; бенчмаркинга. Другими словами, значение показа- теля энергоемкости данной отрасли сравнивается с  оценка эффективности работы электрообору- показателями энергоемкости местных и зарубежных дования, расчет нормативных значений удельных ведущих предприятий, работающих в аналогичной расходов по технологическим процессам и на единицу отрасли промышленности. По результатам сравне- произведенной продукции. ния, с учетом особенности технологического про- цесса, осуществляются мероприятия по снижению На рис. 1 показана структурная схема влияния энергоемкости производства; (и взаимовлияния) факторов, определяющих эффек- тивность внедрения единой автоматизированной  формирование энергетических балансов по информационной системы на примере четырех ос- технологическим процессам, видам потребляемой новных показателей. При этом основная эффектив- энергии в цехе и на предприятии в целом. На осно- ность оценивается в первую очередь автоматизацией вании сформированных балансов определяются процессов учета, анализа и прогнозирования энерго- реальные потери ТЭР; потребления и на следующих этапах отражается следующими четырьмя основными показателями:  оптимизация расхода ТЭР на следующий от- четный период путем планирования необходимого 1) показатели сокращения времени; объема потребления; 2) показатели надежности; 3) показатели качества; 4) экономические показатели. 53

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что энергопотребления своевременно выявляет точки анализ эффективности внедрения единого автомати- повышенного энергопотребления. зированного программного продукта, предназначен- ного для учета, анализа и прогнозирования Эти выводы подкрепляются положительными потребления электроэнергии, дает возможность результатами применения программного продукта повышения точности расчета показателей энергопо- на предприятиях АО «Алмалыкский горно-метал- требления за счет исключения человеческого фактора лургический комбинат», АО «Навоийский горно-ме- при учета и ввода данных, а также обеспечивается таллургический комбинат», АО «Максам Чирчик», качество и своевременность формирования форм не- предприятия хлопково-текстильного кластера обходимых отчетов, на основе анализа и оценка «WBM Romitex», ООО «UZ TRUCK AND BUS MOTORS» и ООО «Сырдарья Ойна». Список литературы: 1. Рахмонов И.У. Методы оценки эффективности мероприятий по экономии электроэнергии на промышленных предприятиях // Universum: технические науки: электронный научный журнал. – 2021. – № 10 (91) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12383. 2. Хошимов Ф., Рахмонов И.У. Методы расчета прогнозных значений норм удельного электропотребления на предприятиях с меняющейся величиной потребляемой мощности // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2021. – № 10 (91) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12384. 3. Energy Data Analytics Software Platform For Energy Professionals / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wattics.com/analytics/. 4. Energy Management Software / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://softwareconnect.com/energy- management/. 5. Energy Management System | Power Management System Software | ETAP / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://etap.com/packages/energy-management-system. 6. K Vinay Kumar, Dr. Balakrishna R. Supervisory control and data acquistion (scada) in subtransmission and distribution levels in power systems T / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.researchgate.net. 7. Lenovo XClarity Energy Manager | Lenovo Russia / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.lenovo.com/ru/ru/data-center/software/systems-management/xclarity-energy-manager/. 8. Power consumption management from the positions of the general system theory / I.U. Rakhmonov, L.A. Nematov, N.N. Niyozov, K.M. Reymov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. ICMSIT-2020. 9. Rakhmonov I.U. Regulation of energy consumption in the iron and steel mills. // Scientific journal «European Sci- ence review». – Austria, Vienna, 2018. – № 5–6 May – June. – P. 327–329. 10. Rakhmonov I.U., Kurbonov N.N. Analysis of automated software for monitoring energy consumption and efficiency of industrial enterprises // E3S Web Conf. Volume 216. Rudenko International Conference on Methodological Problems in Reliability Study of Large Energy Systems (RSES 2020). 11. Rakhmonov I.U., Niyozov N.N. Analysis of existing methods of electric consumption. // Scientific journal «Euro- pean Science review». – Austria, Vienna, 2018. – № 9–10 September – October. – P. 209–211. 12. Rakhmonov I.U., Reymov K.M., Shayumova Z.M. The role information in power management tasks // E3S Web Conf. Volume 139, 2019. Rudenko International Conference «Methodological problems in reliability study of large energy systems» (RSES 2019). – P. 1–3. 13. URL: https://sourceforge.net/software/product/Wattics/. 14. URL: https://www.se.com/my/en/product-range/63067-ecostruxure%E2%84%A2-power-scada-operation-8.2/#overview. 15. Utility & Energy Management Systems by EnergyCAP / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.energycap.com/. 54

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14426 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Хошимов Фозилжон Абидович д-р техн. наук, проф., зав. лабораторией Института проблемы энергетики АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Рахмонов Икромжон Усмонович зав. кафедрой «Электроснабжение», д-р техн. наук, доц., Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] MATHEMATICAL MODELING OF THE INFLUENCE OF FACTORS ON SPECIFIC ELECTRICITY CONSUMPTION Foziljon Hoshimov Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Laboratory Institute of Energy Problems of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent Ikromjon Rakhmonov Head of Department “Power Supply” Doctor of Technical Sciences, assistant professor, Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В статье рассматриваются вопросы математического моделирование определения основных влияющих факторов на удельный расход электроэнергии с применением метода регрессионного-корреляционного анализа. Адекватность предложенной модели проверятся по условию Фишера на примере металлургического предприя- тия. Анализ графика ошибки фактических и расчётных значений показывает, что среднее отклонение между фак- тическим и расчётным находится в пределах 1,9%, что показывает высокую адекватность разработанной математической модели определения удельного расхода электроэнергии при выплавке стали. ABSTRACT The article deals with the issues of mathematical modeling of determining the main influencing factors on the specific power consumption using the method of regression-correlation analysis. The adequacy of the proposed model will be verified by the Fisher condition on the example of a metallurgical enterprise. An analysis of the error graph of actual and calculated values shows that the average deviation between the actual and calculated values is within 1.9%, which shows the high adequacy of the developed mathematical model for determining the specific power consumption in steelmaking. Ключевые слова: моделирование, удельный расход электроэнергии, технологические факторы, продукция, корреляционная матрица, точность, адекватность, математическая модель, технологический процесс. Keywords: modeling, specific power consumption, technological factors, products, correlation matrix, accuracy, adequacy, mathematical model, technological process. _____________________________________________________________________________________________ ___ При решении задачи повышения эффективности расхода электроэнергии на производство использования электроэнергии и выявления продукции. Научно обоснованные нормы удельного резервов энергосбережения ключевую роль играет расхода электроэнергии обеспечивают возможность определение научно обоснованного удельного с высокой точностью определить потребность __________________________ Библиографическое описание: Хошимов Ф.А., Рахмонов И.У. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14426

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. предприятия в электроэнергии. При этом необходимо изменяющегося ассортимента продукции и дать учитывать как основные, так и вспомогательные факторы, влияющие на электропотребление. Для оценку влияния энергетических, технологических и определения степени их влияния на удельный расход электроэнергии применяются методы теории эксплуатационных факторов на показатели электро- вероятностей и математической статистики [9, 10]. Величину удельного электропотребления можно потребления. представить многочленом вида: Исследованиями установлено, что из всех суще- Y  a0  a1 x1  a2 x2  a3 x3  ...  an xn , (1) ствующих методов решения поставленной задачи По результатам анализа результатов ранее вы- полненных работ [1,2,3,4,8,11,12,13;14] и предлагае- целесообразно использовать регрессионный шаго- мых подходов к решению обозначенной проблемы автор диссертации считает целесообразным объеди- вый метод. Этот метод экономичен с вычисли- нить все влияющие факторы (энергетические, тех- нологические, эксплуатационные и др.) в две тельной точки зрения и включает в себя аспекты группы, основные и вспомогательные: особенности технологической схемы, технологический режим метода всех возможных регрессий, метода исключе- оборудования, производительность, качество про- дукции, качество сырья, техническое состояние обо- ния, а также позволяет получить адекватную мате- рудования, степень его загрузки. Вспомогательными факторами, влияющими на матическую модель исследуемого объекта, удельный расход электроэнергии, являются: сезон- ность, случайные колебания качества продукции и пригодную для практического использования [18]. сырья, случайные отклонения от технологии, изме- нение состояния оборудования, изменение парамет- Данный метод дает возможность определить ре- ров окружающей среды [4, 5, 8; 15; 16; 19; 13, 14]. грессию с несколькими переменными на основе ли- Методы математической статистики позволяют с помощью критериев согласия объективно оцени- нейных регрессионных зависимостей. Кроме того, вать эффективность электропотребления в условиях перестройка корреляционной матрицы обеспечи- вает высокую точность расчётов, так как матрацу строят пошаговым методом до получения конечного значения. Расчётное определение искомого значе- ния с помощью данного метода начинается с постро- ения корреляционной матрицы [4; 17]. Предлагаемый метод апробирован при анализе фак- торов, влияющих на удельный расход электроэнер- гии в сталеплавильном производстве металлургического предприятия. На основании по- лученных расчетно-экспериментальных данных и оперативной информации за период с 2018 по 2020 гг. проведён статистический анализ 874 плавок стали. По критериям выборки первичных данных [6,7], для дальнейшей статистической обработки были отобраны только 598 плавок. Таблица 1. Корреляционная матрица факторов Факторы е Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 Ф5 Ф6 Ф7 Ф8 Ф9 Ф10 е 1,000 0,129 0,149 0,220 0,457 0,921 0,005 -0,025 0,024 0,921 1,000 Ф1 0,129 1,000 0,793 0,567 0,028 0,134 -0,006 0,012 -0,011 0,134 0,129 Ф2 0,149 0,793 1,000 0,701 0,070 0,153 -0,042 -0,002 0,009 0,153 0,149 Ф3 0,220 0,567 0,701 1,000 0,125 0,227 -0,026 -0,001 0,006 0,227 0,220 Ф4 0,457 0,028 0,070 0,125 1,000 0,497 0,053 -0,003 -0,005 0,497 0,457 Ф5 0,921 0,134 0,153 0,227 0,497 1,000 0,032 -0,013 0,008 1,000 0,921 Ф6 0,005 -0,006 -0,042 -0,026 0,053 0,032 1,000 -0,125 -0,034 0,032 0,005 Ф7 -0,025 0,012 -0,002 -0,001 -0,003 -0,013 -0,125 1,000 -0,987 -0,013 -0,025 Ф8 0,024 -0,011 0,009 0,006 -0,005 0,008 -0,034 -0,987 1,000 0,008 0,024 Ф9 0,921 0,134 0,153 0,227 0,497 1,000 0,032 -0,013 0,008 1,000 0,921 1,000 0,129 0,149 0,220 0,457 0,921 0,005 -0,025 0,024 0,921 1,000 Ф10 По результатам анализа были приняты во вни- Ф7 – доля среднего лома в первичной шихте, %; Ф8 – доля мелкого лома в первичной шихте, %; мание следующие факторы: Ф1 – загрузки печи, т; Ф9 – длительность простоев печи, мин.; Ф10 – масса Ф2 – количество отгруженного металла, т; плавки, т. Ф3 – масса загружаемой металлической шихты, т; Ф4 – продолжительность выплавки металла, мин.; Ф5 – продолжительность работы под током, мин.; Ф6 – доля крупного лома в первичной шихте, %; 56

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. В целях повышение точности расчётов методом В выражении (2) неизвестными остаются коэф- множественной регрессии были определены наибо- фициенты регрессионного уравнения В0, В1, В2, В3. лее значимые факторы. Полученные при этом ре- Эти коэффициенты определяются с применением зультаты представлены в таблице 1. Из данных табл. метода наименьших квадратов; при этом математи- 1 следует, что удельный расход электроэнергии на ческая модель (3) принимает вид: плавку стали зависит, в основном, от следующих трех факторов: Ф5 – продолжительность работы под е=257965,576+2838,082Ф5 – (3) током, мин.; Ф9 – длительности простоев печи, мин.; 405,4562Ф9+1621,012Ф10. Ф10 – массы плавки, т. По значениям коэффициентов корреляции можно заключить, что удельный расход Адекватность модели проверяется по критерию электроэнергии сильно зависит от массы плавки. Фишера Fрасч>Fтабл: 594>434. Выполнение данного На основании данных таблицы 1 можно сделать условия показывает высокую степень адекватности вывод о том, что влияния остальных факторов (Ф1, разработанной модели, по которой можно опреде- Ф2, Ф3, Ф4, Ф6, Ф7, Ф8) являются незначительными и лять расчётные значения удельного расхода элек- неустойчивыми; при этом коэффициенты корреляции троэнергии с учётом влияющих факторов. находятся в пределах 0,02-0,46. С помощью (3) определяются расчётные значения Удельный расход электропотребления в зависи- удельного расхода электроэнергии при ввыплавке мости от основных влияющих факторов по матема- стали. На рис.1 проводится сравнительный анализ тической модели определяется по выражению: фактических и расчётных данных в графическом . е=В0+В1Ф5-В2Ф9+В3Ф10 (2), Рисунок 1. Графики фактического и расчётного удельных расходов электроэнергии при выплавке стали Рисунок 2. График ошибки между фактическими и расчётными значениями удельного расхода электроэнергии при выплавке стали 57

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. Анализ графика ошибки фактических и расчёт- Приведённый метод позволяет выделить из всего ных значений (рис.2) показывает, что среднее откло- многообразия факторов, влияющих на энергетиче- нение между фактическим и расчётным находится в ские показатели, наиболее значимые и дать соответ- пределах 1,9%, что показывает высокую адекват- ствующую оценку каждому из них. Он также ность разработанной математической модели опреде- является унифицированным для всех вышеприве- ления удельного расхода электроэнергии при дённых вариантов расчётов и включён в соответ- выплавке стали. В связи с этим её можно применять ствующие результирующие расчёты норм для определения расчётных значений удельного удельного электропотребления. расхода электроэнергии, в частности, электростале- плавильного производства. Таким образом, предлагаемая математическая модель определения удельного расхода электро- энергии является достаточно адекватной, и учёт вли- яющих факторов обеспечивает высокую точность расчёта удельного расхода электроэнергии. Список литературы: 1. Дзевенцкий А.Я., Хошимов Ф.А. Шукуров А.З. Метод нормирования электроэнергии на предприятиях с изменяющимися режимами потребления мощности. // Промышленная энергетика. 1996. № 5. С. 4 - 6. 2. Дзевенцкий А.Я., Хошимов Ф.А., Ибрагимов К.Х. Метод анализа и расчёта энергоёмкости продукции предприятий, использующих комплексно электрическую энергию и энергию вторичных энергоносителей. // Промышленная энергетика. 2001. № 4. С. 24 – 48. 3. Ф.А. Хошимов. Оптимизация использования энергоресурсов в текстильной промышленности. Т. – Фан, 2005. – 252 с. 4. Хошимов Ф.А. Разработка методов снижения энергозатрат на предприятиях текстильной промышленности Узбекистана. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук – Т.: АН РУз ИЭА. 2006. 5. https://www.researchgate.net/publication/228406061_Data_filtering_technique_for_neural_networks_forecasting 6. https://habr.com/ru/all/ 7. Рахмонов И.У. Повышение эффективности электропотребления на предприятиях черной металлургии Текст.: Дис. . канд. техн. наук: 05.05.01 / ТашГТУ. Ташкент, 2018. 8. Шаюхов Т.Т. Математическое моделирование влияния внешних факторов на параметры электропотребле- ния. – Науковедение, 2017, Том 9, №5. 9. Шеметов А.Н., Олейников В.К. Управление электропотреблением в прокатном производстве ОАО «ММК» с использованием современных информационных технологий // Главный энергетик, 2010, - № 2. – С. 34-39. 10. Rakhmonov I.U., Niyozov N.N., Lee K. Development of correlation and regression models of electric energy indi- cators of the equipment with continuous nature of production // Техника фанлари ва инновация журнали. ISSN: 2181-0400.2019, №2, С.203-210. 11. Ф. Хошимов, И.У. Рахмонов. Методы расчета прогнозных значений норм удельного электропотребления на предприятиях с меняющейся величиной потребляемой мощности // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12384 58

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. PAPERS IN ENGLISH AVIATION AND ROCKET-SPACE TECHNOLOGY DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14410 ANALYSIS OF FLIGHT INFORMATION SYSTEMS OF MODERN AIRCRAFT Abdurashid Abdukayumov Doctor of Technical Sciences, Professor, Tashkent State Transport University, Republic of Uzbekistan, Tashkent Izzat Maturazov Senior Lecturer, Tashkent State Transport University, Republic of Uzbekistan, Tashkent E-mail: [email protected] АНАЛИЗ ПОЛЕТНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ СОВРЕМЕННЫХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ Абдукаюмов Абдурашид д-р техн. наук, проф., Ташкентский государственный транспортный университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент Матуразов Иззат Солиевич ст. преподаватель, Ташкентский государственный транспортный университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент ABSTRACT In this article, the aircraft’s onboard information systems have been thoroughly studied and analyzed. Information on electronic indication system, complex information signaling system, complex electronic indication and signaling system, multifunctional control and indication remote control was provided. There are two main standards that are widely used today - ARINC-429 for civil aircraft and MIL-STD-1553B for military aircraft. АННОТАЦИЯ В данной статье подробно изучены и проанализированы бортовые информационные системы самолета. Приведены сведения об электронной системе индикации, комплексной системе информационной сигнализации, комплексной электронной системе индикации и сигнализации, многофункциональном управлении и дистанционном управлении индикацией. На сегодняшний день широко используются два основных стандарта — ARINC-429 для гражданских самолетов и MIL-STD-1553B для военных самолетов. Keywords: aircraft, avionics, flight, crew, navigation, on-board information systems, control panel, symbol generator, complex flight indicator, emergency, warning alarm. Ключевые слова: самолет, авионика, полет, экипаж, навигация, бортовые информационные системы, пульт управления, генератор символов, комплексный пилотажно-индикаторный комплекс, аварийная сигнализация, предупредительная сигнализация. ________________________________________________________________________________________________ Modern aircraft are operated in complex weather and any small factor are taken into account. Therefore, conditions, in all seasons, during night and day flights, it is necessary to keep improving avionic equipments. by means of many avionics equipment that ensures safe This requires a study of on-board information systems. flight. All natural phenomena, fog, lightning, rain, wind [8, p. 1; 9]. __________________________ Библиографическое описание: Abdukayumov A., Maturazov I.S. ANALYSIS OF FLIGHT INFORMATION SYSTEMS OF MODERN AIRCRAFT // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14410

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. On-board information systems provide the aircraft other systems, and they processed. The control panel is crew with all necessary information in visual, audible used to connect the pilot to the system, which provides and tactile form. The following on-board information selection of image formats and control of the brightness systems may be installed on the aircraft. of the indicators. [2, p. 14; 3]. The electronic indication system is designed to There are two indicators in front of each pilot. Flight display flight and navigation information. The system information is displayed on the screen of one of them, consists of 1 to 3 counters and a control panel, often navigation information is displayed on the screen of the called character generators. The indicator has a screen other. The exact composition of the information on the that displays information previously provided on screen may vary depending on the stage of the flight and individual instrument scales. The character generator what the pilot needs at the current moment. Each pilot controls the construction of the image on the indicator. has a control panel to control the image according to It receives flight and navigation information from their own indicators. Each of the two main character various aircraft systems - primary information systems generators controls a pair of indicators, while the third (air alarm system, inertial system), radio navigation character generator is a backup, which only participates systems (altitude radio, landing system, automatic radio in the operation of the system when one of the main compass), automatic flight systems, alarm systems and character generators refuses. CP - control panel, SG - symbol generator, CFI - complex flight indicator, CINS - complex indicator of navigation status Figure 1. The structure of the electronic indication system (EIS) The main function of the in-cabin alarm system is to stages (flight, landing) the system does not distract the warn the crew of the dangers during the flight of the pilot at all with insignificant messages. aircraft and on board the aircraft. In particular, alarms are issued in the following cases: To display their messages to the crew, the system has an indicator that displays alphanumeric data. The  improper configuration of aircraft controls system displays emergency, warning and warning (asymmetry of controls, landing without removing the messages, as well as other methods of signaling - audible landing gear, etc.); signals (calls, etc.), tactile effects (steering wheel shake). The emergency alarm is given only in cases  on exceeding the maximum allowable speed; where emergency measures are required on the aircraft  on achieving the minimum flight speed; and is displayed in red on the screen. A warning signal  about very low flight altitude; is given in cases that require immediate notification and  on wind gusts; is displayed in yellow on the screen. The warning alarm  malfunction of on-board systems and units is different from the emergency and warning alarms, (engine fire, generator failure, etc.). [2; 4]. usually in green. The system will have one or two counters that will collect data from the sensors of the various systems of If the aircraft is equipped with an electronic the aircraft and perform a logical processing of this data, indication system, then the cabin alarm system may not determining that a dangerous situation has been created have separate indicators, the symbol generators of the somewhere. The system prioritizes, focusing pilots electronic indication system from its counters convert attention primarily on the most dangerous incidents. them into messages on the indicator screens. These priorities are fast-paced, they depend on the flight stage and the state of the system, in particular extreme Often the functions of the alarm system inside the cabin are performed by a more complex system - a complex information alarm system (CIAS). In addition 60

№ 10 (103) октябрь, 2022 г. to signaling, it provides pilots with information about The interfaces used in modern on-board devices are the parameters and status of engines and general aircraft often exactly the same networks. Interfaces are used at systems. Such a system usually has its own indicators, different structural levels: which are two, in which the basic parameters of the alarm and engines are constantly reflected, and in  inside the electronic blocks of the system for addition to them the pilot can call information about the connecting functional devices and modules; system that interests him. CIAS also includes control panels (1-2 in terms of number of pilots) and counters.  within the system to connect the blocks to each It may also include data hubs if they are not allocated to other; a separate data exchange system. These blocks collect analog and discrete signals from sensors, measure them,  to connect simple sensors to the system; and convert them into digital serial code, which is  to connect to the system of intelligent sensors transmitted to their counters, as well as to other systems with digital output; where this information is needed. [6, p. 26; 7].  in on-board equipment complexes to ensure the interaction of systems; In the new generation of aircraft, the EIS and CIAS  in local onboard and global data transmission systems have been integrated into a single system - a networks. [7, p. 44]. complex electronic indication and signaling system Each level uses its own interfaces that are optimally (CEISS) that performs the functions of both systems. tailored to address issues specific to that level. Within Such a system has more flexibility than data delivery, electronic blocks, the developer has the right to use any and the combination of counters has a small weight and interfaces, including interfaces designed specifically for size. this application. However, in practice, only analog devices are optionally connected, some standard In modern aircraft, in addition to the two main EIS interfaces are used to connect the digital devices of the and CIAS indication systems, electronic tablets are block (processor, memory, in-out (I/O) devices). appearing under different names (electronic portfolio, This allows the use of industrially manufactured pilot’s personal assistant) showing different references interface controller chips, the development of software that were previously on paper in the cockpit. Such a and hardware technology tools. There are many standard device is an on-board version of a laptop. The indicator interfaces optimized for different issues, and it is always usually has the appearance of a tablet with a screen. The possible to choose the interface that is most optimal in controls are located around the screen or the screen itself practice for this case. The most commonly used is touch-sensitive and the buttons are simply displayed interface within an electronic block is determined by the in the screen area. selected processor type. Typically, some bus parallel bus serves as the interface within the block. If the aircraft does not have an air navigation The choice of interfaces used within the system to system, then the cabin may be equipped with an connect the blocks is also a personal matter for the independent multifunction control and indication panel developer. I / O devices It is advisable to use the types (MCIP). It is made in the form of a single block with a of interfaces that should be used to connect the sensors numeric keypad and screen on the front panel. MCIP of other on-board devices within the system so as not to serves for pilot interaction with many onboard systems. complicate the blocks. This approach allows to obtain To do this, it has standard outputs, according to which the most optimal solution in terms of weight and size the commands and values (radio frequency settings, etc.) characteristics rather than using special internal dialed by the pilot in a serial digital code are transmitted interfaces. to other systems. As for the interfaces used to connect the sensors to the system, the onboard information systems (OIS) The interfaces of the on-board information system developer is usually deprived of freedom of choice. The ensure that its components - subsystems, blocks, choice of sensor type is made by the developer of a set modules - interact and interact with other on-board of devices included in the OIS or the developer of the devices. The issue of designing an on-board information aircraft, in which they follow the tactical and technical system also involves the selection or design of these characteristics of the sensor, not with the convenience of interfaces. the interface. Therefore, the OIS developer will have to consider the interface provided by this sensor in the In short, an interface is a set of schematic tools that system. allow the components of a system to interact. In a If standard common industrial interfaces are used broader sense, an interface is a set of logical and extensively within blocks, then industrial interfaces are physical principles of interaction between the not used (at least in their original form) for the components of technical systems, set of rules, interaction of systems in on-board device complexes. algorithms and time relationships for data exchange This is due to the following special requirements that are between these components (logical interfaces), as well imposed on the interfaces on board the aircraft and do as set of the physical, mechanical and functional not meet the interfaces of ground electronic devices: characteristics.  work in real time;  high resistance to interference; There are a variety of interfaces that differ in the  stability to faults, interruptions, short circuits of characteristics and principles of interchangeability. The the communication line, the rejection of the device most common of these are defined by international, national, and industry standards. Interfaces that combine several unrelated computers to share some common resources are called networks. 61