Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск

Научно-практический рецензируемый журнал «Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ» – это рецензируемое научное издание, на страницах которого освещаются фундаментальные и прикладные исследования, а также дискуссионные вопросы по проблемам энергетики и связанными с ней отраслями производства и науки.

Учредитель журнала: ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) – ПИ № ФС77-82947 от 31.03.2022 г.

Международный стандартный серийный номер журнала (ISSN) – 1998-9903, а также (Online ISSN) – 2658-5456.

Подписной индекс в каталоге интернет-подписки «Почта России» – П6740.

Периодичностью 1 журнал в 2 месяца.

Журнал входит в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук.

В журнале публикуются работы, соответствующие группе специальностей:

До 01 октября 2022 г.

С 01 октября 2022 г.

05.09.01 – Электромеханика и электрические аппараты

2.4.2. Электротехнические комплексы и системы (технические науки)

05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

2.4.2. Электротехнические комплексы и системы (технические науки)

05.09.12 – Силовая электроника

 

05.11.01 – Приборы и методы измерения (по видам измерений)

 

05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

2.2.8 Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды

05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)

 

05.14.01 – Энергетические системы и комплексы

2.4.5. Энергетические системы и комплексы (технические науки)

05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы

2.4.3. Электроэнергетика (технические науки)

05.14.03 – Ядерные энергетические установки, включая проектирование эксплуатацию и вывод из эксплуатации

 

05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

2.4.6. Теоретическая и прикладная теплотехника (технические науки)

05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

2.4.5. Энергетические системы и комплексы (технические науки)

 

2.5.4 Роботы, мехатроника и робототехнические системы

 

2.4.10. Техносферная безопасность (в энергетике)

 

В Журнале публикуются результаты открытых научных исследований, выполняемых учеными научных учреждений, высших учебных заведений, иных организаций и граждан, ведущих научные исследования в порядке личной инициативы. Принимаются к публикации: оригинальные статьи; научные обзоры. Язык публикаций: русский, английский.

Журнал включен в систему Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), в международный подписной каталог периодических изданий «Ulrich’s Periodicals Directory». Выпуски журнала размещаются на сайте Научной Электронной Библиотеки (НЭБ).

График приема и выхода журнала:

 

Прием статей до

Выход в свет

№1 (Январь/Февраль)

15 февраля

01 марта

№2 (Март/Апрель)

15 апреля

30 апреля

№ 3 (Май/Июнь)

15 июня

30 июня

№ 4 (Июль/Август)

15 августа

30 августа

№ 5 (Сентябрь/Октябрь)

15 октября

30 октября

№ 6 (Ноябрь/Декабрь)

15 декабря

30 декабря

 

Текущий выпуск

Том 24, № 3 (2022)
Скачать выпуск PDF

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ 

3-14 114
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемные вопросы, связанные с измерениями радионуклидов в воздухе рабочей зоны, выделяемых при переупаковке сыпучих твердых радиоактивных отходов при выводе из эксплуатации объектов использования атомной энергии. Разработать метод прямых измерений для оперативного контроля концентрации радиоактивных аэрозолей в воздухе рабочей зоны, обеспечивающий непревышения контрольного уровня по годовой эффективной дозе персонала.

МЕТОДЫ. Для решения поставленной задачи применялся метод расчета максимально возможного количества альфа-частиц на отобранной пробе аналитического фильтра АФА-РСП20.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Предложен метод оперативного контроля радиационной обстановки на рабочих местах персонала с помощью прямых измерений переносными приборами радиационного контроля плотности потока альфа-частиц с экспонированного фильтра АФА-РСП20. Применение данного метода позволяет обеспечить контроль в тех случаях, когда применение стандартных установок для измерений объемной активности радиоактивных аэрозолей недоступно или невозможно. В статье описана актуальность темы, приведен расчет контрольного уровня плотности потока альфа-частиц с поверхности фильтра АФА-РСП20.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Паспортные характеристики средств индивидуальной защиты органов дыхания не дают убедительных данных о работе фильтра с конкретным загрязнителем. Для правильного принятия решения о применении тех или иных видов средств индивидуальной защиты органов дыхания персоналом, работающим с радиоактивными отходами, содержащими трансурановые радионуклиды, необходимо контролировать объемную активность радионуклидов в воздухе. На основе расчета и прямых измерений показано, что применение оперативного метода измерения плотности потока альфа-частиц с экспонированного фильтра АФА-РСП20 позволяет обеспечить контроль за радиационной обстановкой на рабочих местах персонала при выводе из эксплуатации объектов использования атомной энергии.

15-27 128
Аннотация

ЦЕЛЬ. Разработка перспективных направлений по совершенствованию технологии нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) на основе использования теплоты низкотемпературных источников системы первичной перегонки нефти.

МЕТОДЫ. Анализ исследуемой поточной схемы НПЗ проводился на предмет выявления самой энергозатратной системы, при этом использовались методы аналитического и термодинамического анализа. Анализ энергоиспользования в схеме электрообессоливающей установки осуществлялся на основе данных технологического регламента существующей ЭЛОУ-АВТ-7. Оценка целесообразности предложенных направлений и разработанных решений проводилась на основе методов технико-экономического и экологического анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В настоящей статье описана актуальность рассматриваемой проблематики и обоснована значимость ее развития с перспективой совершенствования теплотехнологических процессов для повышения энергетической и экологической эффективности. На примере распространенной схемы по первичной переработке сырой нефти показано, что данная технология имеет значительный потенциал энергосбережения. Предложены наиболее перспективные направления по рациональному использованию теплоты, а также представлено модернизационное решение, направленное на усовершенствование технологических элементов схемы ЭЛОУ-АВТ-7 на основе утилизации теплоты углеводородной парогазовой смеси (ПГС).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложенные направления энерго- и ресурсосбережения, а также разработанные мероприятия по использованию теплоты низкопотенциальных источников в схеме НПЗ показывают свою перспективность за счет существенного снижения тепловых потерь энергии, сокращения потребляемого топлива и повышения эффективности его использования, что, в целом, положительно отразится на экономической и экологической обстановке региона.

28-41 86
Аннотация

Актуальность работы обусловлена отсутствием в литературе результатов исследований влияния нагрева многокомпонентных водоугольных суспензий на реологические свойства и характеристики распыления.

ЦЕЛЬ. Обоснование эффективности термической подготовки водоугольных суспензий на основе пирогенетической жидкости по результатам экспериментальных исследований.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялись ротационный вискозиметр Brookfield RVDV-II+Pro, ареометры общего назначения, метод Interferometric Particle Imaging.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Установлено, что при замещении воды в составе водоугольного топлива аналогичным по массе (не более 25%) количеством пирогенетической жидкости значение плотности суспензии увеличится на 14% при температуре 293 К. Предварительный нагрев водоугольных суспензий до 363 К позволяет снизить рост значения плотности до 7%. Результаты экспериментов показали, что наибольшее влияние термической подготовки исследовавшихся суспензий на их динамическую вязкость характерно для диапазона температур от 293 до 333 К. При таких значениях температур снижение вязкости суспензии возможно на 17-20%. Предварительный нагрев суспензий перед распылением в диапазоне изменения температур от 293 до 333 К позволяет увеличить угол раскрытия струи на 21-29% в сравнении с двухкомпонентным водоугольным топливом при температуре 293 К. Замещение более 25% по массе воды пирогенетической жидкостью в составе водоугольного топлива нецелесообразно для исследовавшейся марки угля с точки зрения значительного увеличения вязкости. Предварительный нагрев водоугольного топлива перед распылением позволяет снизить значение среднего размера капель на 5-9%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Обоснована эффективность термической подготовки водоугольных суспензий на основе пирогенетической жидкости по результатам экспериментальных исследований реологических свойств и характеристик распыления.

42-54 108
Аннотация

ЦЕЛЬ. Анализ существующих схемных и технических решений для улучшения качества электроэнергии в сетях с тяговой нагрузкой и оценка их соответствия новым свойствам электрической сети при переходе на активно-адаптивную платформу. Определение особенностей работы электрических сетей с тяговой нагрузкой при переходе на активно-адаптивную платформу. Характеристика существующих технических средств и схемных решений для улучшения качества электроэнергии в электрических сетях с тяговой нагрузкой и их анализ на предмет соответствия новым свойствам электрической сети.

МЕТОДЫ. Для решения поставленных задач был выполнен структурный анализ существующих технических и схемных решений для улучшения качества электроэнергии в электрических сетях с тяговой нагрузкой.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В данной статье произведена систематизация соответствия технических средств решаемым проблемам в области качества электроэнергии. Определены особенности работы электрических сетей с тяговой нагрузкой при переходе на активно-адаптивную платформу. Выявлены современные технические средства и схемные решения, соответствующие новым свойствам электрической сети. Предложен вариант комбинирования технологий для комплексного влияния на показатели качества электроэнергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При переходе электрических сетей с тяговой нагрузкой на активно-адаптивную платформу в целях улучшения качества электроэнергии целесообразно применять технические средства, способные обеспечивать ПКЭ в допустимых пределах в режиме реального времени в зависимости от режимов работы энергосистемы и тяговой нагрузки. К таким средствам относятся распределенная генерация, накопители электрической энергии, активные фильтрокомпенсирующие и симметрирующие устройства, FACTS технологии второго поколения. Классические подходы решения проблем с качеством электрической энергии, основанные на применении пассивных технических устройств, не соответствуют новым свойствам активно-адаптивных сетей с тягой переменного тока.

55-69 91
Аннотация

ЦЕЛЬ. Повышение энергоэффективности высокопористых ячеистых материалов с различной геометрией (SC, BCC, FCC, DEM) и с различными пористостями среды(ε=0,7; ε=0,75; ε=0,8; ε=0,85; ε=0,9; ε=0,95) посредством численного моделирования. Определить влияние геометрии и пористости ячеистого материала на значения перепада давления, тепловой поток и показатель энергетической эффективности.

МЕТОДЫ. Численное моделирование проводилось в программном комплексе ANSYS Fluent v. 19.2. Геометрические модели пористых сред представляют собой наборы пересекающихся сфер с различной структурой упаковки: периодическая простая кубическая упаковка (SC), гранецентрированная кубическая упаковка (FCC), объемно-центрированная кубическая упаковка (BCC) и случайная структура, созданная методом дискретных элементов (DEM). Расчеты проводились при следующих скоростях потока воздуха: 0,01; 0,05; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 м/с.

РЕЗУЛЬТАТЫ. При скоростях потока воздуха 0,01 м/с и 0,05 м/с все исследуемые структуры демонстрируют близкие значения теплового потока. При значениях пористости ε=0,75; ε=0,8; ε=0,85 наибольшие значения теплового потока показала структура FCC, при пористостях ε=0,7;ε=0,9; ε=0,95 наибольший тепловой поток имела структура BCC. Это объясняется тем, что при соответствующих значениях пористости структура FCC или BCC имели наибольшую площадь поверхности, которая и обеспечивала большой тепловой поток. При пористостях среды ε=0,7 и ε=0,75 упаковки BCC и FCC показывают высокое значение перепадa давления. При пористостях среды ε=0,8 и ε=0,85наибольшее значение перепада давления соответствует упаковке ячеек FCC, а при пористостях ε=0,9 и ε=0,95 – упаковке BCC.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При максимальном значении пористости ε=0,95 упаковка ячеек BCC обеспечивает большее значение теплового потока по сравнению со структурой FCC. Упаковка SC имеет наименьшие значения теплового потока при всех исследуемых пористостях. Также упаковке SC соответствуют наименьшие значения перепада давления и, в связи с этим, наиболее высокие значения показателя энергетической эффективности.

66-82 84
Аннотация

ЦЕЛЬ. теоретическое обоснование ресурсосберегающих технологий и разработка «концевых» электромембранных установок при создании малосточной системы водопользования объектов энергетики Республики Татарстан.

МЕТОДЫ. В работе использовались приемы системного анализа и была разработана математическая модель для описания движения водных потоков и концентраций веществ в них. Описано задействованное оборудование, сконструированное для экспериментальной и промышленной отработки предлагаемых технологий с техническими характеристиками разработанных аппаратов и установок.

РЕЗУЛЬТАТЫ. На тепловых электрических станциях по результатам проведенного системного анализа была показана возможность утилизации отходов водоподготовительных установок. Для переработки отходов испарительной водоподготовительной установки Казанской ТЭЦ-3 была реализована электромембранная технология очистки и разделения на двух последовательно соединенных аппаратах диффузионного диализа и электродиалиаза, позволяющие отделение щелочи от сточных вод и ее концентрирования. Конечными продуктами электромембранной переработки являются щелочной раствор с рН 13,86 и концентрацией ОН- ионов 2,7% (до 4%) и умягченный щелоче-солевой раствор. Присутствие солевых компонентов в щелочном растворе обнаруживается в пределах 2% по массе. Щелочной раствор может использоваться в цикле станции для регенерации анионитных фильтров I ступени. Щелоче-солевой раствор не содержит ионов жесткости и может подаваться на подпитку теплосети. Электромембранная установка позволяет перерабатывать за час 0,5 м3 щелочных отходов испарительной водоподготовительной установки. Образуются на выходе концентрированный щелочной раствор и щелоче-солевой раствор в пропорции - 1:9. Электромембранная установка потребляет 6 кВт*ч электроэнергии на переработку 1 м3 сточных вод. Работа установки характеризуется безотходностью и безреагентностью. На ионитной водоподготовительной установке Нижнекамской ТЭЦ-1 был предложен метод, разработана технология и смонтирована экспериментальная опытно-промышленная установка для переработки щелочных отработанных регенерационных растворов анионитных фильтров. Электродиализатор перерабатывает. Производительность установки составляет 1,5 м3 в час щелочных сточных вод с получением 0,15 тонн 4% щелочного раствора и потреблением электроэнергии - 4 кВт*ч на 1 м3 щелочных отработанных растворов. При работе установки отмечается полное отсутствие отходов с безреагентным процессом утилизации сточных вод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Возврат регенерированных растворов щелочи и умягченной воды в производственный цикл позволяет получить значительное улучшение показателей, характеризующих экологичность и ресурсосбережение без использования химических реагентов.

83-90 101
Аннотация

ЦЕЛЬ. Повышение эффективности и экономичности работы электростанций на основе возобновляемых источников энергии необходимо проводить посредством совершенствования технологических, конструктивных, организационно-правовых, технико-экономических мероприятий. Даны предложения для развития подходов к оценке эффективности работы ветроэнергетических установок на основе ротора Савониуса. Обоснованы конструктивные параметры и создана физическая модель для комплексного исследования и рабочих характеристик в лабораторных условиях.

МЕТОДЫ. На основе методов физического и математического моделирования конструкций и профилей лопастей ветрогенератора определены технико-экономические показатели различных профилей лопастей ротора Савониуса.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнено теоретическое обоснование конструкции и различных профилей лопастей ротора Савониуса. На основе комплексного исследования рабочих характеристик в лабораторных условиях установлены значения коэффициента эффективности использования энергии ветра, частоты вращения профиля ветроколеса, электрической мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты исследования могут быть применены для обоснования широкого распространения и создания ветроэнергетических установок с ротором Савониуса для обеспечения качественного и надежного энергоснабжения удаленных потребителей электрической энергии, создания изолированных энергосистем и дальнейшего развития альтернативных источников энергии в отечественной электроэнергетике.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ 

91-100 88
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть вопрос наличия искажений формы синусоидального напряжения и тока в автономных судовых электротехнических комплексах с гребными электрическими установками, построенных по принципу единой электроэнергетической системы. Сравнить результаты исследования искажений напряжения для электротехнических комплексов с гребными электрическими установками различной структуры и дать рекомендации по их применению.

МЕТОДЫ. Для проведения исследований рассмотрены единые электроэнергетические системы с гребными электрическими установками постоянного тока на пароме «Ейск» и переменного тока на асимметричном ледоколе «Балтика». Проанализированы возможности программирования при частотном управлении современными приводами винторулевых колонок с двигателями переменного тока.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Получены осциллограммы напряжений и токов генераторов при использовании тиристорных преобразователей и инверторов для управления гребными электрическими установками в различных режимах. Отмечены значительные пульсации и искажения синусоидального напряжения и токов генераторов при применении тиристорных преобразователей для питания гребных электрических двигателей постоянного тока. Также зафиксированы небольшие отклонения от синусоидальной формы напряжения судовой сети при использовании инверторов при управлении гребными двигателями переменного тока в составе винторулевых колонок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Вопрос обеспечения качества производимой электроэнергии в автономных электротехнических комплексах морских судов имеет большую актуальность и значимость. Для обеспечения наилучших результатов целесообразно применение азимутальных винторулевых колонок с электрическими двигателями переменного тока, управление скоростью вращения которых реализуется инверторными преобразователями частоты со звеном постоянного тока.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА 

101-111 91
Аннотация

ЦЕЛЬЮ работы является повышение эффективности систем централизованного теплоснабжения. В статье описана актуальность темы, рассмотрены проблемы функционирования систем централизованного теплоснабжения с открытым водоразбором. Выполнен анализ технических решений модернизации индивидуальных тепловых пунктов. Разработана технологическая схема ИТП с приставкой на горячее водоснабжение. Определены основные технико-экономические и инвестиционные показатели применения разработанного технического решения.

МЕТОДЫ. При решении поставленных задач применена методика оценки эффективности с расчетом капитальных и эксплуатационных затрат, включая расчет срока окупаемости.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Приведены результаты внедрения разработанного технического решения в индивидуальных тепловых пунктах многоквартирных домов г. Йошкар-Олы: снижен расход сетевой воды на 36 - 39%; снижена температура в обратном трубопроводе на 13,5%; снижено теплосодержание горячей воды с 0,168 до 0,145 Гкал/м3, обеспечена требуемая циркуляция во всех стояках системы горячего водоснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложена новая схема регулирования рециркуляции ГВС при открытом присоединении потребителей к централизованному источнику. Применение разработанного технического решения модернизации ИТП повышает эффективность централизованных систем теплоснабжения и может быть рекомендовано к внедрению в индивидуальных тепловых пунктах зданий с открытым водоразбором. Расчеты, выполненные на основании показаний общедомовых коммерческих приборов учета, показали, что срок окупаемости технического решения составляет 40 суток. Впервые выполнено экспериментальное исследование влияния совместной дополнительной установки насоса и регулирующего клапана на линии рециркуляции ГВС перед узлом смешения рециркуляции ГВС с обраткой СО и перед регулятором температуры прямого действия. Результаты экспериментального исследования могут быть использовании при технико-экономическом обосновании аналогичных схемных решений модернизации систем ГВС. Предложенная схема модернизации теплового узла может быть использована в централизованных системах теплоснабжения с открытым присоединением систем ГВС с целью снижения расхода сетевой воды, снижения температуры в обратном трубопроводе и снижения тепловых потерь, улучшения циркуляции во всех стояках системы ГВС.

112-120 75
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемы процесса теплопередачи в конструктивных элементах светодиодного источника света. Описать систему охлаждения светодиодного источника света с применением эквивалентной схемы и тепловых сопротивлений. Провести сравнительный анализ систем охлаждения светодиодных световых приборов. Выполнить термодинамические расчеты радиатора светового прибора с использованием компьютерных программ систем автоматического проектирования. Предложить способ улучшения свойств теплоотдачи радиатора светодиодного источника света.

МЕТОДЫ. При решении поставленных задач применялся метод ретроспективно-проспективного метаанализа, использовались компьютерные программы систем автоматического проектирования и непосредственные определения технических параметров с помощью измерительных приборов.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности процесса теплопередачи в конструктивных элементах светодиодного источника света. Произведены термодинамические расчеты радиатора светового прибора с использованием компьютерных программ систем автоматического проектирования КОМПАС и SolidWorks. В статье предложен способ улучшения свойств теплоотдачи радиатора светодиодного источника света.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Существует множество различных систем охлаждения, имеющие свои достоинства и недостатки. Наиболее эффективными системами охлаждения являются системы принудительного охлаждения, однако их применение влечет за собой увеличение конечной стоимости светового прибора и снижение его светоотдачи вследствие роста энергопотребления. Пассивные системы охлаждения сравнительно дешевы, однако для обеспечения эффективного охлаждения светодиодов они должны иметь достаточную площадь соприкосновения с источником теплоты, обладать хорошей теплопроводностью и теплоотдачей. В данном случае наиболее оптимальным способом улучшения свойств теплоотдачи радиатора является нанесение специального покрытия имеющего высокую теплоотдачу. Это позволит повысить эффективность охлаждения с минимальными затратами не прибегая к существенному изменению конструктивных особенностей уже имеющейся системы.

121-129 84
Аннотация

ЦЕЛЬ. Оценить влияние на процесс конденсации загрязнений, содержащихся в паре и оседающих на поверхности охлаждаемых рёбер, для чего сформулировать математическую модель процесса, исследовать его свойства и получить количественные оценки характеристик.

МЕТОДЫ. Уравнения математической модели строятся на основе законов сохранения энергии и массы, их исследование и оценки проводятся с применением аналитических методов теории дифференциальных уравнений, методов теории подобия и размерностей, а также численных методов решения краевых задач.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Сформулирована постановка задачи о конденсации пара, содержащего твёрдые частицы, на ребре. Выявлено наличие автомодельного решения, представляющегося в виде безразмерной функции одной переменной, единой для всех наборов исходных параметров. Получены соотношения, описывающие распределения толщины δ(x, τ) осадка и температуры ϑ(x, τ) на прямом ребре неограниченной высоты (l = ∞) при первоначально чистой поверхности (h0 = 0). Данные соотношения также практически точно описывают начальную стадию такого процесса на прямом ребре конечной высоты l, пока осадок заметной толщины не покроет поверхность ребра целиком, а также – начальные моменты в случае ребра на круглой трубе, пока ширина зоны осадка с заметной толщиной существенно меньше радиуса трубы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование этих распределений как начальных для рёбер ограниченной высоты вместо, например, введения равномерного начального слоя h0, позволит достигать высокой точности численных расчётов без чрезмерного сгущения сетки по координате и времени.

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ 

130-143 78
Аннотация

ЦЕЛЬ. Цель данной работы - разработка 3-D модели силового трансформатора для исследований параметров колебаний и определения технического состояния. Техническое состояние силового трансформатора анализируется по амплитудным спектрам вибрации, сформированным с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье.

МЕТОДЫ. Для определения информативных частот объектов сложной формы, таких как силовой трансформатор, целесообразно использовать метод конечных элементов (МКЭ), реализуемый с помощью компьютерного моделирования в программном обеспечении COMSOL Multiphysics

РЕЗУЛЬТАТЫ. По результатам проведенного моделирования частот механических колебаний магнитопровода трансформатора определены информативные частотные диапазоны для определения уровня технического состояния силового трансформатора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Конечно-элементное моделирование позволяет представить трансформатор в виде дискретной системы, состоящей из компонентов, объединенных между собой в узловых точках, что позволяет моделировать дефекты трансформатора и определять его вибрационные параметры в разных технических состояниях.

144-157 70
Аннотация

ЦЕЛЬ. Стремительное развитие электротранспорта требует применения энергоэффективного привода с целью повышения дальности пробегов между зарядками аккумуляторов. Это в свою очередь требует проведения исследований по оптимизации системы электропривода на основе асинхронного двигателя с комбинированной обмоткой.

МАТЕРИАЛЫ. Электродвигатель с комбинированной обмоткой представляет собой двигатель с улучшенными характеристиками с обмоткой статора, состоящей из комбинации двух обмоток звезды и треугольника, соединенных параллельно. Рассмотрены структура и математическая модель двигателя, которые являются основой для построения алгоритма управления двигателем. Алгоритм управления, основанный на определении оптимального значения магнитного потока в координатах оси d - q для достижения малых потерь мощности при учете потерь в железном сердечнике и малых магнитных насыщений, помогает повысить эффективность управления инвертором.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Алгоритм предварительно протестирован с помощью нескольких симуляций, а затем экспериментально проверен путем применения предложенной методики управления на приводе асинхронного двигателя мощностью 1,5 кВт с управляемым полем (FOC).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты представлены и обсуждены, демонстрируя, что предложенная методика онлайн-управления инвертором может значительно снизить потери мощности электропривода.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

158-174 73
Аннотация

ЦЕЛЬ. В настоящее время вентильные двигатели – электрические машины с постоянными магнитами на роторе и датчиком положения ротора, управляемые синусоидальным напряжением от преобразователей частоты, – находят широкое применение в мехатронных и робототехнических системах. Алгоритм управления формируется на основе информации о текущих значениях параметров вентильного двигателя мехатронной системы с применением номинальной или эталонной математической модели, представляющей собой, как правило, идеализированное представление реального устройства. Нестационарность параметров объекта исследования, а также возможная неопределенность его математического описания вследствие упрощения математической модели приводят к нежелательным либо недопустимым результатам при формировании алгоритма управления мехатронной системы. Возникает задача анализа динамических характеристик вентильного двигателя в условиях параметрической неопределенности с целью определения наиболее влияющих на функционирование мехатронной системы параметров и чувствительных к этим изменениям фазовых координат.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применяются методы теории чувствительности с получением соответствующих векторно-матричных уравнений, решение которых осуществляется средствами программной среды MatLab.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе получены уравнения чувствительности по активному сопротивлению и проекциям индуктивности обмотки статора на продольную и поперечную координатные оси, а также по моменту инерции вентильного двигателя. Сформирована векторно-матричная структурная схема вычисления функций чувствительности вентильного двигателя, характерной особенностью которой является наличие ненулевой матрицы свободных членов, приведенной ко входу модели чувствительности. Произведено построение соответствующих Simulink-моделей для исследования влияния перечисленных квазистационарных параметров на скорость вращения и момент на валу объекта исследования. Проведен анализ статистических характеристик дополнительного движения указанных фазовых координат вентильного двигателя и получены графические зависимости и установившиеся значения дисперсий и относительных оценок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Анализ динамических характеристик вентильного двигателя в условиях параметрической неопределенности позволил определить, что скорость вращения машины является наиболее чувствительной к параметрическим возмущениям выходной координатой, которая, соответственно, является наиболее информативной и представляет максимальный интерес при формировании алгоритма оптимизации мехатронной системы. Определяющую роль в формировании дополнительного движения выходных координат вентильного двигателя вносит изменение проекции индуктивности статора на поперечную координатную ось, на порядок превышающее вклад в дополнительное движение координат от остальных нестабильных параметров. Полученные в процессе исследования результаты целесообразно использовать при построении алгоритма оптимального управления мехатронной системы в условиях параметрической неопределенности.

175-184 63
Аннотация

ЦЕЛЬ. Анализ существующих и перспективных методов динамического перепрограммирования, пригодных для использования в мобильном роботе с модульной архитектурой системы управления (СУ). Кратко описана функционально-модульная архитектура системы управления мобильного робота, реализующая распределённые вычисления, что позволяет обеспечить режим работы СУ в реальном времени при использовании в СУ модулей встраиваемых систем – микроконтроллеров невысокой производительности. Рассмотрены особенности применения 4-х методов по 6 критериям: применимость на разных встраиваемых микропроцессорных системах, объём требуемой оперативной памяти и памяти программ, скорость вычислений, теоретическая сложность создания реализации метода, теоретическая сложность использования метода конечным пользователем (настройщиком), гибкость создаваемого метода. В качестве результата исследования приведены рекомендации по применению рассмотренных методов.

185-197 71
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемы определения энергетических параметров мехатронных модулей электротехнических комплексов для добычи нефти с погружными электроцентробежными насосами. Разработать методику определения параметров схемы замещения погружного электродвигателя, как электромеханического модуля движения центробежного насоса для добычи нефти при подключении компенсирующих устройств к клеммам электродвигателя . Разработать методику расчета энергетических показателей мехатронных модулей электротехнического комплекса с электроцентробежными насосами. Провести имитационное моделирование погружного электродвигателя для добычи нефти с непосредственно подключенным компенсирующим устройством.

МЕТОДЫ. При решении поставленных задач применялись методы оптимизации по коэффициенту полезного действия, методы коррекции коэффициента мощности, методы расчета электромагнитного поля конечными элементами, методы математического и компьютерного моделирования в программном комплексе ELCUT.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Повышение энергоэффективности и снижение затрат при эксплуатации погружных насосных установок добычи нефти представляет собой актуальную проблему и требует обоснованного решения. Цена извлеченной нефти зависит от следующих показателей, таких как климатические условия, используемое оборудование, глубина залежей нефти, отдаленность месторождения от центральных дорог и так далее. К наиболее существенным энергоемким процессам при добыче нефти относятся: электромеханизированное извлечение нефти, транспортировка нефти, система поддержания пластового давления. Предложена методика нахождения параметров схемы замещения погружного электродвигателя для добычи нефти и исследование воздействия компенсации реактивной мощности на электрический двигатель в нефтяной скважине при подключении компенсирующих устройств к клеммам электродвигателя погружного насоса. Предложена методика расчета энергетических показателей мехатронных модулей электротехнического комплекса с электроцентробежными насосами. Расчет компенсирующего устройства в нефтяной скважине для электроцентробежного насоса с частотно-регулируемым электроприводом нужно реализовывать с учетом наибольшего значения выдаваемой частоты сети. Произведено имитационное моделирование электродвигателя для добычи нефти с непосредственно подключенным компенсирующим устройством для установления воздействия компенсирующего устройства реактивной мощности внутри нефтяной скважины на вращающий электромагнитный момент электрического двигателя для добычи нефти. Представлены показатели электромагнитного момента и электромагнитного поля электродвигателя для добычи нефти без подключенного компенсирующего устройства и с непосредственно подключенным компенсирующим устройством, питающие провода которого в первом варианте прокладываются по единой трассе и во втором варианте прокладываются под углом 120° относительно друг друга в соответствующих пазах обмотки статора электрического двигателя для добычи нефти.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При проведении исследования влияния непосредственно подключенного компенсирующего устройства на вращающий электромагнитный момент электрического двигателя для добычи нефти определено, что дополнительные обмотки непосредственно подключенного компенсирующего устройства реактивной мощности, проложенные под углом 120° относительно друг друга в соответствующих пазах обмотки статора электрического двигателя повышают коэффициент полезного действия и электромагнитный момент электрического двигателя для добычи нефти соответственно на 11% и 15%.

ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 

198-210 62
Аннотация

ЦЕЛЬ. Смоделировать взаимосвязанные физико-химические процессы в камерах радиации трубчатых печей пиролиза углеводородов. Провести численные расчеты тепло и массообмена в топочной камере печи с многоярусным расположением настенных горелок на боковых футерованных стенах.

МЕТОДЫ. С помощью собственного пакета прикладных программ, основанного на численном решении системы дифференциальных уравнений сохранения энергии и уравнений радиационной газовой динамики, рассчитаны поля скоростей и температуры продуктов сгорания природного газа в камере радиации трубчатой печи пиролиза углеводородов. В камере радиации происходят взаимосвязанные процессы горения природного газа, лучисто-конвективного теплообмена, турбулентного течения дымовых газов. Эти процессы смоделированы двухмерными уравнениями модели горения, переноса энергии излучением и уравнениями движения. В боковых стенках камеры радиации с обеих сторон в восьми горизонтальных ярусах установлены настенные горелки в количестве 128 штук. Продукты сгорания, выходящие из сопел этих горелок создают сложные поля скоростей и температуры в объеме камеры. За счет излучения дымовых газов, мельчайших частиц сажи и раскаленных футерованных стен камеры радиации формируются тепловые потоки к трубчатому экрану, где происходит пиролиз углеводородов с целью получения этилена.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В результате расчетов получены поля скоростей, температуры в объеме камеры радиации и концентрации основных компонентов продуктов сгорания. Вычислены локальные значения поверхностных плотностей лучистых тепловых потоков к реакционным трубам для печей пиролиза метана и пропана. Проведены сравнения некоторых полученных результатов с показаниями приборов действующих технологических установок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Расчеты показывают, что разработанный пакет программ позволяет получить реалистические значения локальных скоростей и температуры в камерах радиации трубчатых печей, значения поверхностных плотностей конвективных и лучистых тепловых потоков к граничным поверхностям и другие тепловые и газодинамические параметры в объеме топки.

211-220 62
Аннотация

ЦЕЛЬ. Выявление зависимостей индекса токсичности компонентов кристаллических солнечных панелей EVA (этиленвинилацетат) и Tedlar® (поливинилфторид) от факторов пробоподготовки водных вытяжек, используемых при биотестировании по хемотаксической реакции тест-объектов Paramecium caudatum с использованием в качестве прибора-анализатора Биотестер-2М. К таким факторам были отнесены: температура экстракта, время выдержки экстракта исследуемых объектов в дистиллированной воде и использование других сред эстрагирования.

МЕТОДЫ. В ходе исследования использовался метод биотестирования по хемотаксической реакции Paramecium caudatum. В опытах приготавливалась водная вытяжка согласно ПНД Ф Т 16.3.16-10. Полученные вытяжки анализировались на приборе Биотестер-2М. Для каждого номера опыта проводилось исследование в трех кюветах, с каждой из которых прибор снимал 10 значений. Для оценки влияния факторов температуры экстракта и времени выдержки проводился эксперимент для температур 4°С и 35°С, позволяющие учитывать температуру на полигонах твердых бытовых отходов в разное время года. Временем экстрагирования были выбраны 1, 7, 21, 28, 42 и 56 суток. Анализ данных проводился с помощью двух факторного дисперсионного анализа с повторениями, реализованный средствами MatLab®. Для оценки влияния среды экстрагирования проводился эксперимент с заменой дистиллированной воды в качестве экстрагента на минеральную воду марки Bonaqua и 1% раствор ацетона.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Произведен расчет вероятности ошибки гипотезы о влияние факторов температуры и времени выдержки экстракта на индекс токсичности при заданных уровнях значимости. Произведен сравнительный анализ усредненных индексов токсичности для исследуемых сред экстрагирования с дистиллированной водой, используемой в качестве среды экстрагирования в утвержденных методиках биотестирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Для случая сложных органических соединений, таких как EVA (этиленвинилацетат) и Tedlar® (поливинилфторид), индексы токсичности будут зависеть от ряда факторов: температуры экстракта, времени выдержки компонентов в экстракте и среды экстрагирования.

Объявления

2019-04-26

Начиная с №3-4/2019 печатная версия журнала выходит на английском языке

Уважаемы авторы и читатели журнала «Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ»! Обращаем Ваше внимание, что начиная с №3-4/2019 печатная версия журнала выходит на английском языке. Русская версия сборника будет размещена в Научной электронной библиотеке https://elibrary.ru.
Еще объявления...


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.