Systems. Methods. Technologies 3(35) 2017

Системы Методы Технологии . А . В . Питухин и др . Обоснование возможности … 2017 № 3 (35) с . 94-99 97 основных , на базе которых планируется разработка и построение гибридных прототипов УУТ , включающих в себя несколько базовых устройств одновременно . Этими устройствами являются термоэлектрический элемент ( ТЭЭ ) и турбокомпрессор системы турбонад - дува ДВС ( ТКР ). По состоянию на июль 2017 г . исследование находит - ся на стадии экспериментальных испытаний термоэлек - трических элементов и теоретических исследований воз - можностей использования существующих ТКР в рамках задачи утилизации теплоты выхлопных газов ДВС . Исследование термоэлектрических элементов про - водилось путем лабораторных испытаний находящихся в свободной продаже термоэлектрических элементов . В результате оценки предложений по свободной продаже термоэлектрических элементов было установлено , что оптимальными соотношениями « цена – мощность » и « мощность – размер » обладают элементы с маркиров - кой «TEC1–12715» [20], а также «TEC1–12706» [20-21]. Один элемент представляет собой две керамические пластины с заключенными между ними полупроводни - ковыми элементами . Размеры элементов — 40 х 40 х 3,7 мм , вес 23 г . Для исследования были приобретены по восемь ТЭЭ «TEC1–12715» и «TEC1–12706». В ходе серии испытаний , состоящей из пяти симу - ляций режимов работы в составе УУТ для каждого из 16 элементов ( всего 80 симуляций ), было установлено , что максимальная устойчиво развиваемая мощность одного элемента с маркировкой «TEC1–12715» может в среднем оцениваться в 8,47 Вт , элемента с маркиров - кой «TEC1–12706» — 6,28 Вт . При этом наблюдаемый перепад температур на сторонах элемента находился в пределах 180–230 °C. Оценивалась мощность , разви - ваемая ТЭЭ в установившемся режиме работы . Данный режим работы находился путем анализа экстремумов , получаемых на графике зависимости мощности эле - мента от времени эксперимента . Первый искомый экс - тремум соответствовал переходу от режима нагрева ус - тановки к установившемуся режиму , второй соответст - вовал переходу от установившегося режима к режиму остывания установки . Таким образом , область работы ТЭЭ в установившемся режиме заключается между двумя искомыми экстремумами . Графики , показывающие развиваемую элементом мощность в зависимости от времени , прошедшего с на - чала эксперимента , представлены на рис . 3 и 4. Рис . 3. Зависимость мощности одного элемента с маркиров - кой «TEC1–12715» от времени эксперимента Рис . 4. Зависимость мощности одного элемента с маркиров - кой «TEC1–12706» от времени эксперимента Выводы 1. Изменение в удельном эффективном расходе то - плива зависит от возможностей реализации электриче - ской энергии на борту лесозаготовительной машины . Рассмотрена модернизация , в которой УУТ заменяет стандартный электрический генератор лесозаготови - тельной машины , приводимый в движение от коленча - того вала ДВС . 2. Для генерации электрической мощности в 2 кВт потребуется приблизительно 240 ТЭЭ в составе УУТ , при этом размеры секции УУТ с ТЭЭ зависят от кон - фигурации коллектора , на который устанавливаются ТЭЭ . 3. Наиболее компактные конфигурации УУТ имели размеры секции УУТ с ТЭЭ не более 900 х 230 х 110 мм . 4. Изменение в удельном эффективном расходе то - плива можно оценивать приблизительно в 1–1,7 %, что может доходить до 0,6 кг топлива / мото - час . Сроки окупаемости затрат на внедрение УУТ на одну лесоза - готовительную машину находятся в пределах от 0,8 до 2 лет . 5. В проведенных испытаниях термоэлектрические элементы эксплуатировались с превышением заявлен - ной производителем максимально допустимой темпе - ратуры , что неизбежно негативно сказывается на ре - сурсе элементов . Заявленный производителем ресурс элементов составляет 200 тыс . ч [22], что для УУТ ле - созаготовительной машины составит более 100 лет . Изменение в ресурсе термоэлектрических элементов при их применении в составе УУТ лесозаготовитель - ной машины планируется изучить в ходе дальнейших исследований . 6. Важное значение имеют шероховатость и откло - нение от плоскостности поверхностей радиаторов , со - прягаемых с элементом , а также метод крепления эле - ментов и радиаторов . В разработанной лабораторной установке сопрягаемые поверхности радиаторов и тер - моэлектрического элемента были подвергнуты шлифо - ванию (Ra ~ 0,63 мкм ). Радиаторы и термоэлектриче - ский элемент крепились с помощью пружин сжатия , что способствовало снижению влияния на развиваемую элементом мощность термических деформаций радиа - торов и элемента , а также минимизировало сечение по - верхности , через которую происходил отток теплоты 0 5 10 0 200 400 МОЩНОСТЬ , Ватт ВРЕМЯ , с TEC1-12706 МОЩНОСТЬ / ВРЕМЯ TEC1-12706 МОЩНОСТЬ/ВРЕМЯ