Состояние вопроса: При работе барабанного котла на ТЭС возникают вопросы, связанные с изменением концентраций фосфатов в зависимости от нагрузки. В частности, изменение концентраций фосфатов в котловой воде связывают с явлением хайд-аут. При этом часто не учитывается материальный баланс поведения примесей, который связывает концентрации примесей котловой воды и расходные характеристики. Расчет материальных балансов примесей позволяет объяснить поведение примесей котловой воды в барабанном котле и оценить вероятность образования отложений на теплопередающих поверхностях котла. В связи с этим необходимо учитывать расходные характеристики по отсекам и сторонам котла в целях получения достоверных данных по поведению примесей в водяном объеме котла. Материалы и методы: Исследования проведены на барабанном котле № 2 ТЭЦ МЭИ с давлением 4,1 МПа. Концентрации фосфатов в чистом и солевом отсеках определены ручным методом, электропроводность - кондуктометрическим методом. При расчете поведения примесей, в частности фосфатов, использован метод составления материальных балансов по каждому отсеку барабанного котла. Результаты: Рассматриваются материальные балансы поведения фосфатов в барабане котла и влияние нагрузки котла на их концентрации как по сторонам барабана, так и по чистому и солевому отсекам. На примере работы барабанного котла ТЭЦ МЭИ показано изменение концентраций фосфатов по чистому и солевому отсекам в зависимости от нагрузки котла. Кратности упаривания примесей, в частности фосфатов, в зависимости от нагрузки котла изменяются по отсекам. Установлено, что при одинаковых кратностях упаривания фосфатов по сторонам барабанного котла кратности упаривания по отсекам могут быть разными, концентрации фосфатов по отсекам барабанного котла зависят от нагрузки котла. Выводы: Расчет кратностей упаривания фосфатов по отсекам котла позволяет оценить вероятность образования фосфатных отложений на теплопередающих поверхностях.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2016. — Выпуск 1
Содержание:
Состояние вопроса: В расчетной деятельности студентов и инженеров широко используется компьютерная вычислительная система Mathcad. При этом часто остаются невостребованными многие инструменты этой вычислительной системы. Использование единиц измерений в теплоэнергетических расчетах позволяет повысить их наглядность, избежать ряда расчетных ошибок и расширить возможности расчетных методик. Материалы и методы: Используются методики моделирования процессов в области теплоэнергетики в вычислительной системе Mathcad с применением встроенных единиц измерения системы Mathcad. Результаты: Показаны модули моделирования и расчета, характерные для теплоэнергетических задач. Рассмотрены достаточно простые примеры, наглядно отражающие преимущества применения встроенных в Mathcad единиц измерения. Выводы: Использование в математических пакетах при расчетах теплоэнергетических процессов единиц измерений позволяет студентам и инженерам, с одной стороны, исключить из расчетов некоторые ошибки, а с другой -лучше понимать физическую (теплотехническую) сущность расчетов, т.е. более эффективно решать профессиональные задачи.
Ключевые слова
Состояние вопроса: В настоящее время на объектах теплоэнергетики и отопительных котельных эксплуатируется значительное количество дымовых труб, в том числе кирпичных. От надежной и безопасной работы дымовых труб зависит бесперебойное снабжение потребителей электрической и тепловой энергией. В процессе эксплуатации ограждающие конструкции дымовых труб подвержены разрушению от различных факторов. К таким факторам можно отнести высокий температурный перепад на стенке ствола, приводящий к трещинообразованию, нарушение температурно-влажностного режима ограждений, приводящее к увлажнению конструкций и последующему снижению их прочностных характеристик. В публикациях, посвященных вопросам эксплуатации дымовых труб, дан общий анализ причин, приводящих к возникновению разрушений конструкций дымовых труб. Однако анализ причин, приводящих к разрушениям строительных конструкций дымовых труб в реальных условиях эксплуатации, и практические рекомендации по их устранению отсутствуют. В связи с этим выявление условий, при которых возникают факторы, приводящие к разрушению строительных конструкций дымовых труб в реальных условиях эксплуатации, а также разработка рекомендаций по устранению причин разрушений строительных конструкций являются весьма актуальной задачей. Материалы и методы: Натурные и расчетные исследования теплоаэродинамических и влажностных режимов ограждающих конструкций кирпичных дымовых труб проведены с использованием разработанных математических моделей и программных средств. Результаты: Результаты натурных обследований и вариантных расчетов показали, что причиной разрушений ограждающих конструкций дымовых труб с прижимной футеровкой является несоответствие конструкции ограждений труб режимам эксплуатации котельных агрегатов. Разработаны рекомендации по изменению конструкции ограждений существующих дымовых труб, направленных на устранение причин нарушения влажностного режима и, как следствие, дальнейшего разрушения ограждающих конструкций. Практическое применение разработанных рекомендаций при выполнении ремонта эксплуатируемых кирпичных дымовых труб ряда отопительных котельных Ивановской области подтвердило их эффективность. Выводы: Полученные результаты можно использовать при проведении ремонтов существующих и строительстве новых кирпичных дымовых труб.
Ключевые слова
Состояние вопроса: Согласно литературным источникам, существуют методики расчета как самих трансформаторов, так и элементов их схемы замещения. Однако практически отсутствуют сведения о расчете параметров схемы замещения для обмоток катушечной конструкции. Значительный прогресс в области силовой электроники позволяет создавать распределительные сети (электропередачи) специального назначения нового типа с использованием в их составе полупроводниковых преобразователей напряжения. Одной из отличительных особенностей таких сетей (электропередач) является использование высоковольтного напряжения трапецеидальной формы повышенной частоты. Для получения высокого напряжения необходимо применять силовые высоковольтные трансформаторы повышенной частоты. Для моделирования процессов, протекающих в обмотках силовых трансформаторов повышенной частоты (10-20 кГц), и исследования различных режимов электропередач с их применением необходимо знать параметры схемы замещения трансформатора. Такие исследования необходимы для разработки оптимальных конструкций и обеспечения рациональных режимов работы локальных высоковольтных кабельных электрических сетей повышенной частоты систем электроснабжения различных потребителей. Материалы и методы: Обоснование методики расчета емкостных и индуктивных параметров силовых высоковольтных трансформаторов повышенной частоты получено аналитическим путем и с использованием программного обеспечения на ЭВМ. Использованы экспериментальные данные, полученные с помощью цифровых RLC-измерителей, а также данные, опубликованные в различных литературных источниках. Результаты: Разработана методика определения емкостных и индуктивных параметров силовых высоковольтных трансформаторов повышенной частоты с учетом варианта конструирования высоковольтной и низковольтной обмоток трансформатора, наличия секционирования и слоевого исполнения обмоток. Получены экспериментальные значения индуктивных и емкостных параметров опытного образца силового высоковольтного трансформатора повышенной частоты. Достоверность предложенной методики проверена путем сопоставления результатов расчета с измеренными экспериментальными данными. Выводы: Предложенная методика позволяет определить емкостные и индуктивные параметры силовых высоковольтных трансформаторов повышенной частоты.
Ключевые слова
Состояние вопроса: Проблема численного исследования электрических машин в динамических режимах решается в настоящее время либо с использованием неточных цепных моделей, которые не учитывают особенности конструкции машины и нелинейность ее характеристик, либо с использованием точных полевых моделей, требующих значительных компьютерных ресурсов. Наибольшие перспективы в этом плане имеют комбинированные методы, основанные на теории цепей, параметры которых пересчитываются на каждом шаге интегрирования по времени с использованием результатов предварительной серии полевых расчетов. Однако при этом возникает проблема внедрения таких моделей в современные системы имитации численного эксперимента. Материалы и методы: Для формирования модели электрической цепи использован метод переменных состояния. Программная реализация алгоритмов формирования и решения системы уравнений, описывающих динамику электрической цепи, осуществлена с использованием математического процессора MatLab. Для построения комбинированной модели электропривода использована ранее разработанная и многократно апробированная библиотека конечно-элементного моделирования магнитного поля EMLib. Результаты: Обоснована необходимость разработки автономной библиотеки моделирования электрических цепей. Разработан универсальный алгоритм обработки матриц исходных данных и построения систем алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений электрической цепи в соответствии с методом переменных состояния, а также алгоритм решения данных систем, обеспечивающий эффект имитации эксперимента. Приведены результаты использования данной библиотеки при разработке 2D- и 3D-версии виртальной лаборатории численного исследования динамических моделей электрических машин. Выводы: Разработанная автономная библиотека моделирования электрических цепей может быть использована при создании виртуальных лабораторий-тренажеров, позволяющих в режиме имитации эксперимента исследовать динамические и статические свойства электрических машин произвольной конструкции, что может быть полезно при проектировании электрических машин и электроприводов, а также в учебном процессе.
Ключевые слова
Состояние вопроса: Способ охлаждения электрической машины и его эффективность во многом определяют допустимый уровень использования активных материалов и достижимый уровень форсирования удельных показателей мощности и крутящего момента, с одной стороны, а с другой стороны, надежность и долговечность. В настоящий момент имеется несколько методик расчета теплового состояния электрических машин, учитывающих особенности уже выбранного способа охлаждения. Однако на практике на этапе проектирования зачастую встает вопрос о выборе рационального способа охлаждения тяговых электрических машин исходя из условий эксплуатации и режимов нагружения. Это обусловливает актуальность и практическую значимость создания инструмента для выбора конструкции системы охлаждения и первичной оценки ожидаемого уровня превышения температуры обмотки статора. Материалы и методы: Оценка эффективности систем охлаждения проведена на основе имеющихся экспериментальных данных, полученных при испытаниях тяговых электрических машин в Испытательном центре ПАО «НИПТИЭМ». Введен единый критерий эффективности систем охлаждения разных конструкций, позволяющий проводить количественную оценку ожидаемого уровня перегрева. Результаты: Систематизированы и подробно рассмотрены системы охлаждения тяговых электрических машин. Сформулированы их преимущества и недостатки. Приведен интегральный показатель эффективности системы охлаждения для каждой из рассмотренных систем охлаждения. Выводы: Проведенный анализ систем охлаждения тяговых электрических машин базируется на реально выполненных разработках и их экспериментальных исследованиях в части теплового состояния и имеет практическую значимость для разработчиков электрических машин при выборе системы охлаждения на этапе проектирования. Приведенный интегральный показатель эффективности системы охлаждения позволяет сгруппировать все системы охлаждения по определенным уровням их эффективности.
Ключевые слова
Состояние вопроса: С увеличением количества нелинейных потребителей электроэнергии в современном автоматизированном электроприводе проблема снижения качества электроэнергии в питающих сетях становится весьма актуальной. Повышение качества электроэнергии возможно за счет создания фильтро-компенсирующих устройств с новыми конструктивными и технологическими решениями. Материалы и методы: Создание силовой структуры активного фильтро-компенсирующего устройства осуществлено за счет объединения звена постоянного тока инвертора фильтро-компенсирующего устройства и инвертора нелинейного потребителя электроэнергии. При построении системы управления разработанного устройства использован частотно-временной метод. Исследование разработанного активного фильтро-компенсирующего устройства проведено при помощи компьютерного моделирования и лабораторной установки. Результаты: Разработано активное фильтро-компенсирующее устройство с общим звеном постоянного тока и системой управления на основе частотно-временного метода для компенсации гармонических искажений тока и реактивной мощности нелинейных потребителей электроэнергии. Результаты, полученные при исследовании компьютерных моделей и лабораторной установки, показали, что разработанное активное фильтрокомпенсирующее устройство позволяет практически полностью компенсировать потребление реактивной мощности и снизить гармонические искажения тока более чем на порядок. Выводы: Разработанное активное фильтро-компенсирующее устройство может быть использовано для повышения качества электроэнергии за счет компенсации гармонических искажений и реактивной мощности преобразователей частоты в автоматизированном электроприводе переменного тока.
Ключевые слова
Состояние вопроса: На предприятиях, производящих или использующих тяжелые нефтепродукты, необходимо периодически очищать емкости, в которых они хранятся. Процесс очистки таких емкостей путем их пропарки является весьма энергоемким. Использование результатов достоверного математического моделирования этого процесса может позволить выбирать рациональные режимы пропарки, соответствующие минимальному энергопотреблению при заданной степени очистки. Однако построение достоверных моделей на основе линейного описания гидродинамики и тепломассопереноса невозможно, так как теплофизические свойства нефтепродуктов и паровоздушной смеси внутри емкости существенно меняются в процессе пропарки. В связи с этим необходима разработка нелинейных моделей, учитывающих эти изменения, и последующее включение таких моделей в общее описание процессов. Материалы и методы: Используется метод математического моделирования, основанный на ячеечных моделях процессов гидродинамики и тепломассопереноса. Особенностью подхода является введение зависимости расходных и теплофизических свойств нефтепродукта и паровоздушной смеси от их текущего состояния, а также коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности от параметров теплоносителя. Результаты: Предлагается один из возможных подходов к моделированию нелинейных моделей гидродинамики и тепломассопереноса. Построена нелинейная ячеечная модель эволюции толщины пленки в процессе пропарки емкости, позволяющая проводить численные эксперименты по выбору рациональной организации процесса. Выводы: Учет нелинейных явлений в процессе стекания пленки и ее теплообмена с паровоздушной смесью позволяет более адекватно описывать процесс пропарки емкости и подбирать его рациональные параметры.
Ключевые слова
Состояние вопроса: Процесс сушки является неотъемлемой стадией термохимической переработки твердых видов топлива. Реализация подобных процессов часто проводится в реакторах с кипящим слоем. Наиболее часто употребляемые модели кипящего слоя, по всей видимости, не удовлетворяют всем требованиям современной промышленности. С одной стороны, эти модели включают в себя детальное математическое описание псевдоожижения, что приводит к громоздким вычислительным процедурам. С другой стороны, сложность вычислительных процедур обычно не обеспечивает точности получаемых прогнозов. По этой причине развитие простой, но информативной модели описания технологических процессов в кипящем слое остается актуальной задачей. Материалы и методы: Для моделирования процесса сушки в кипящем слое используется теория цепей Маркова. Предложенная модель дополнена полуэмпирическими субмоделями: межфазного теплообмена, межфазного массообмена, усадки частиц и изменения коэффициента сопротивления частиц в зависимости от чисел Re и Ar. Все субмодели проверены в ходе проведения специальных экспериментальных исследований. Результаты: На основе теории цепей Маркова предложена ячеечная модель сушилки в кипящем слое. Переходные матрицы поставлены в соответствие с физическими параметрами протекания процессов, что делает предлагаемую модель нелинейной. Модель, основанная на теории цепей Маркова, дополнена независимыми полуэмпирическими субмоделями процессов в кипящем слое и успешно использована для описания сушки. Учет влияния указанных субпроцессов позволяет описывать эволюцию расширения кипящего слоя в процессе сушки. Установлено хорошее соответствие полученных экспериментальных и расчетных результатов. Выводы: Предложенная математическая модель может быть рассмотрена как достоверная научная основа для операционного контроля и проектирования установок кипящего слоя.
Ключевые слова
Состояние вопроса: Современные экспертные системы предусматривают формирование баз знаний экспертами априорно. При интеграции сложных проектов собрать группу экспертов по разным предметным областям часто не представляется возможным, в связи с этим актуальной является задача автоматического формирования баз знаний. В существующих решениях поставленной задачи исходная мощность аксиом равна декартовому произведению мощностей интегрируемых баз. Для снижения этого показателя необходима методика автоматического редуцирования исходных баз знаний. Материалы и методы: Использованы иерархические нейро-нечеткие модели продукционных баз знаний. Результаты: Предложена методика оценки инвестиционных проектов на основе онтологической модели знаний. Разработана нейро-нечеткая модель многокритериальной оценки проектов. Приведена методика автоматического редуцирования баз знаний интегрируемых проектов. Выводы: Предложенные методы позволяют автоматизировать процессы поиска и отбора инвестиционных проектов, а также осуществлять оценку возможности и целесообразности их объединения с обеспечением согласованности и непротиворечивости знаний. Данный подход является наиболее эффективным для высокозатратных проектов энергетической отрасли.
Ключевые слова
Состояние вопроса: Оценка эффективности развития энергокомпании включает в себя комплекс средств, инструментов и мероприятий, обеспечивающих получение и содержательную интерпретацию множества показателей, индикаторов текущего состояния энергокомпании и их динамики. Практика управления финансовохозяйственной деятельностью различных предприятий выработала комплекс критериальных показателей и диапазонов значений, оценивающих эффективность деятельности компаний различной отраслевой специфики. После коренной реструктуризации энергетической отрасли требуется определение состава показателей, позволяющих проводить объективную сравнительную оценку новых субъектов электроэнергетической отрасли. Материалы и методы: Исследование проведено на основе анализа базы данных финансово-экономического состояния оптовых генерирующих компаний России за 2013 и 2014 годы с применением статистических методов оценки. Результаты: Разработана группа показателей и их критериальных значений, позволяющих проводить объективный сравнительный анализ оптовых генерирующих компаний. Выводы: Разработанные показатели эффективности деятельности оптовых генерирующих компаний, а также обоснованные критериальные (эталонные) значения данных показателей позволяют принимать взвешенные управленческие и инвестиционные решения.