Проектирование деаэрационных установок и их режимная наладка связаны с поиском таких значений конструктивных и режимных параметров, которые обеспечивают требуемое химическое качество деаэрированной воды. Наибольшие трудности вызывает прогнозирование показателей эффективности декарбонизации воды в деаэраторах, поскольку это связано с моделированием процессов гидродинамики и тепломассообмена, осложненных химическими реакциями. Ранее нами разработана математическая модель процесса удаления из воды углекислоты в деаэраторе заданной конструкции при известных параметрах режима его работы. Эта модель содержит параметр идентификации - константу скорости реакции, моделирующей процесс термического разложения гидрокарбонатов, определяемую экспериментальным путем. Были вычислены значения этой константы для ограниченных, особенно по деаэраторам с барботажом в баке, диапазонов изменения влияющих параметров, что не позволило выполнить полноценную проверку точности предложенной модели. Для решения этой задачи требуется проведение дополнительных экспериментальных исследований. Исследования проведены с использованием методов экспериментальных исследований, химической кинетики, математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики. Проведены экспериментальные исследования процессов удаления из воды углекислоты в деаэраторах атмосферного давления. Выполнена обработка их результатов, позволившая рассчитать значения константы скорости реакции, моделирующей процесс термического разложения гидрокарбонатов, в широких диапазонах изменения влияющих факторов. Полученные данные позволили выявить для деаэраторов с барботажом в баке и уточнить для деаэраторов без барботажа в баке диапазоны изменения общей щелочности деаэрируемой воды, в которых вероятно протекание рассматриваемого процесса как реакции первого или второго порядков. В результате получено замкнутое математическое описание процессов декарбонизации воды в деаэраторах, статистическая оценка точности которого выполнена по результатам сопоставления расчетных и экспериментальных значений выбранных показателей эффективности. Математическая модель процесса удаления из воды углекислоты при деаэрации после экспериментального уточнения параметров идентификации позволяет прогнозировать значения показателей эффективности декарбонизации для деаэраторов с барботажом в баке и без него с точностью, соответствующей нормативной точности методов и средств количественного химического анализа.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2016. — Выпуск 3
Содержание:
Снижение тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий промышленных предприятий является важной задачей, так как данные затраты тепловой энергии значительно влияют на себестоимость выпускаемой продукции. Существуют конструкции энергосберегающих окон с применением теплоотражающих экранов, а также технология предварительной осушки воздуха для систем прерывистого отопления зданий. Для обеспечения практического использования данных технологий необходимо разработать эмпирические формулы по определению приведенного сопротивления теплопередаче окон с теплоотражающими экранами с учетом внешних и внутренних факторов. В существующих методиках по определению трансмиссионных потерь через окна приведенное сопротивление теплопередаче принимается постоянным, хотя эта физическая величина для окон с использованием теплоотражающих экранов значительно изменяется. Используются результаты экспериментальных исследований окон с теплоотражающими экранами, проведенных в сертифицированной климатической камере. Для проверки математической модели процесса теплопередачи через окно использовано конечно-элементное моделирование в программно-вычислительном комплексе Phoenics. Подбор параметров аппроксимирующей функции осуществлен с помощью методов наименьших квадратов. Создана математическая модель, описывающая процесс теплопередачи через окна с теплоотражающими экранами с учетом физико-геометрических параметров строительной конструкции. Разработана компьютерная программа по расчету процесса теплопередачи через окно, получены данные численного моделирования теплообмена при различных параметрах внутреннего и наружного воздуха. На основе разработанной методики получены выражения по определению приведенного сопротивления теплопередаче для конкретных типов стеклопакетов с теплоотражающими экранами, установленными снаружи. Адекватность предложенной математической модели подтверждена экспериментальными данными. Сопротивление окон с теплоотражающими экранами в процессе эксплуатации не является постоянной величиной и зависит от разности температур и значений скоростей внутреннего и наружного воздуха. Использование разработанной математической модели, программы по расчету приведенного сопротивления, эмпирических формул позволит более точно определить потенциал применения теплоотражающих экранов в окнах для систем прерывистого отопления зданий, в том числе в случае применения технологии предварительной осушки воздуха для влажного, мокрого или нормального режимов помещений промышленных предприятий.
Ключевые слова
Возросший в последнее время интерес к разработке турбин высокой мощности диктует поиск новых методов повышения пропускной способности цилиндров низкого давления. Существующие способы, основанные в основном на увеличении длин последних лопаток, практически полностью себя исчерпали в связи с недостаточностью обеспечения их прочности, а также резким возрастанием потерь на веерность. Двухъярусные ступени являются основой для создания цилиндров низкого давления с двухъярусной проточной частью с повышенной пропускной способностью. Известная конструкция предпоследней двухъярусной ступени Баумана, которая, например, применяется на отечественной турбомашине К-210-130 ЛМЗ с полуторным выхлопом, обладает низкой экономичностью и надежностью. Последняя двухъярусная ступень, а в частности рабочая лопатка, является наиболее нагруженной и, как следствие, конструктивно более сложной. В отношении изготовления сопловых решеток таких проблем не возникает. В связи с этим актуален поиск оптимальной конструкции рабочей лопатки последней двухъярусной ступени цилиндров низкого давления. При выполнении работы использованы отработанные методы тепловых и аэродинамических расчетов осевых турбомашин, методы математического CFD-моделирования, а также методы конечных элементов. На основе прочностных и аэродинамических трехмерных расчетов создана конструкция вильчатой лопатки, сочетающая высокие показатели аэродинамической эффективности ступени, внутренний относительный КПД которой составляет 87,6 % для верхнего и 77 % для нижнего яруса, с учетом всех потерь, включая потери с выходной скоростью, что позволяет достигнуть КПД цилиндра низкого давления 87,1 %. Созданные на базе вильчатых лопаток двухъярусные цилиндры низкого давления могут послужить разумной альтернативой создания цилиндров низкого давления с последними лопатками большой длины. При этом предлагаемая конструкция обеспечивает высокую степень надежности (коэффициент запаса прочности рабочей лопатки двухъярусной последней ступени превышает 2,8, что находится на уровне действующих норм), а полученные технические решения могут быть тиражированы на предшествующие ступени. КПД таких цилиндров оказывается выше на 5 %, при этом габаритные размеры (главным образом, ширина) удастся сократить в среднем на 15-20 %.
Ключевые слова
Проектирование охлаждаемых лопаток современных газотурбинных установок является сложным и длительным процессом ввиду необходимости учета большого количества факторов, определяющих возможность применения тех или иных конструктивных решений. Сложность тепловых и гидравлических процессов зачастую не позволяет получить окончательную конструкцию внутренней полости лопатки только с применением расчетных методов и требует экспериментальной проверки адекватности использованных моделей и уточнения конструктивных решений на основании проведения экспериментальных исследований опытных образцов, изготовление которых осуществляется методом литья по выплавляемым моделям. Корректировка геометрических характеристик приводит к необходимости внесения изменений в конструкторскую и технологическую документацию, доработки или изготовления новой пресс-формы для изготовления керамических стержней, формирующих внутреннюю полость лопатки при литье. Это требует существенных дополнительных затрат и увеличения времени создания охлаждаемых лопаток. В связи с этим актуальна разработка новой методики проектирования охлаждаемых лопаток с опережающей верификацией тепловых и гидравлических процессов. Результаты получены путем физического моделирования тепловых и гидравлических процессов на модели охлаждаемой лопатки газовой турбины. Предложена усовершенствованная методика проектирования охлаждаемых лопаток газовых турбин, основанная на опережающей верификации тепловых и гидравлических моделей лопаток. Применение аддитивных лазерных технологий позволяет изготавливать модели каналов охлаждения и лопатку в целом с требуемой точностью, что дает возможность проводить экспериментальные исследования до выпуска рабочей документации и получать в процессе проектирования окончательный вариант охлаждаемой лопатки.
Ключевые слова
Совершенствование методов диагностики внутренней изоляции маслонаполненных трансформаторов обусловило применение для диагностирования этой изоляции статистических характеристик электрической прочности масла, которые определяются по результатам его испытаний в стандартном маслопробойнике. Эффективность применения таких диагностических характеристик зависит от их изученности и установления их нормативных параметров. В связи с этим актуальным является проведение исследований, позволяющих более обоснованно выбрать диагностические статистические характеристики пробивных напряжений эксплуатационных масел и их нормативных показателей, отражающих особенности работы трансформаторов. Диагностические статистические характеристики пробивных напряжений эксплуатационных масел определены с использованием результатов эксплуатационных испытаний трансформаторного масла в маслопробойнике из действующих трансформаторов, которые обрабатывались методами теории вероятностей и математической статистики. Определены диагностические статистические характеристики пробивных напряжений эксплуатационных масел в маслопробойнике по традиционной методике и с применением параметров распределения Гнеденко-Вейбулла. Установлены пределы изменения значений этих характеристик и их соответствие нормативным значениям. Выявлено, что нормативное значение коэффициента вариации среднего пробивного напряжения обусловливает снижение требований к качеству эксплуатационного масла трансформаторов. Показано, что значения нижнего предела пробивного напряжения масла отражают наличие частиц примесей в масле. Полученные значения диагностических статистических характеристик пробивных напряжений эксплуатационных масел и их пределов изменения могут использоваться при выборе более обоснованных нормативных показателей диагностических характеристик внутренней изоляции трансформаторов в целях повышения их эксплуатационной надежности.
Ключевые слова
Оценка возможных последствий от нарушений электроснабжения потребителей производилась разными авторами в основном по ретроспективной или экспертной информации. Анализ фактических последствий нарушений электроснабжения конкретного потребителя представляет отдельную задачу. В условиях усложнения технологических процессов производства решение ее позволит получить объективные оценки показателей надежности и ущерба, минимизируя возможные и фактические последствия. Решение поставленной задачи выполнено на основе детального исследования технологической, нормативной и экспертной документации по анализируемому производству. Главные факторы, определяющие надежность электроснабжения конкретного потребителя, выделены на основе системного подхода. Проведен анализ функционирования регулирующей и управляющей автоматики, наличия резервов, структуры и режимов схемы электроснабжения. Выявлены особенности эксплуатации конкретного потребителя и недостатки первоначального проекта. Показано, что эффективность решений, принимаемых при оценке показателей надежности электроснабжения и технико-экономических последствий внезапных нарушений электроснабжения, зависит от полноты, точности и своевременности берущейся за основу информации. Детальный анализ последствий от нарушений электроснабжения в условиях неполной, нечеткой и неопределенной технико-экономической информации дал возможность сформулировать предложения по оценке фактических последствий отказов в системах электроснабжения потребителей. Повышение уровня надежности электроснабжения, минимизация (или исключение) последствий внезапных нарушений электроснабжения потребителей требует перехода к активно-адаптивным системам автоматизированного управления режимами электроснабжения и технологическим процессом производства.
Ключевые слова
Для защиты от однофазных замыканий на землю в распределительных кабельных сетях напряжением 6-10 кВ, работающих с изолированной нейтралью, как правило, применяются максимальные токовые защиты нулевой последовательности. Опыт эксплуатации токовых защит нулевой последовательности показывает, что частые отказы функционирования защит данного типа имеют место при наиболее опасных для защищаемой сети дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю. Анализ показал, что причины недостаточного технического совершенства токовых защит нулевой последовательности связаны с применяемым в настоящее время подходом к оценке их чувствительности, который предполагает ее оценку только при устойчивых замыканиях на землю и не требует оценки при дуговых перемежающихся замыканиях. В настоящее время методы оценки чувствительности токовых защит нулевой последовательности при дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю отсутствуют. В связи с этим актуальны исследования, направленные на повышение технического совершенства, прежде всего современных цифровых исполнений токовых защит нулевой последовательности на микропроцессорной базе. Разработка подхода и методики оценки чувствительности токовых защит нулевой последовательности при дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю проводились с применением комплексных имитационных моделей «Кабельная сеть 6-10 кВ - алгоритм ТЗНП», выполненных с применением пакетов SimPowerSystem и Simulink системы моделирования Matlab. Предложен поход и разработана методика оценки чувствительности токовых защит нулевой последовательности не только при устойчивых, но и при дуговых перемежающихся замыканиях. Достоверность разработанной методики проверена исследованиями на имитационных моделях кабельных сетей и алгоритмов функционирования токовых защит нулевой последовательности. Предложенная методика позволяет более точно оценить реальную эффективность функционирования токовых защит нулевой последовательности при внутренних однофазных замыканиях на землю в кабельных сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью и может быть использована проектными и эксплуатационными организациями при расчетах уставок и оценке чувствительности токовых защит нулевой последовательности.
Ключевые слова
Существенное снижение надежности электроснабжения цехов крупных энергоемких промышленных предприятий наблюдается при длительном проведении ремонтных работ на отдельных цепях двухцепных воздушных линий 110-220 кВ, а также при не вполне обоснованном выводе оборудования этого класса напряжения в резерв в целях снижения потерь холостого хода без каких-либо дополнительных схемных решений, что сейчас нередко наблюдается при разработке и реализации программ по энергосбережению. Для металлургического производства ущерб от нарушения электроснабжения значителен, однако длительные отключения происходят редко, в связи с чем сложно определить вероятностные характеристики ущерба. В первую очередь это касается сетей 110-220 кВ. Из теории рисков известно, что производственные риски качественно схожи с операционными, для которых характерно незначительное снижение вероятности с увеличением ущерба. Это говорит о необходимости оценки ущербов, соответствующих малым вероятностям и в условиях частичной неопределенности исходной информации. Проблема принятия решений в условиях неопределенности занимает важное место в общей проблеме принятия решений. Следовательно, актуальной является разработка методики оценки мероприятий по управлению режимами и развитию системы электроснабжения с учетом наибольших рисков в условиях частичной неопределенности исходной информации, обеспечивающих высокую обоснованность и адекватность принимаемых решений при низких затратах. Предлагаемая методика оценки рисков основана на теории нечетких множеств. В качестве исходной информации использована схема и данные об отключениях для условий системы электроснабжения крупного металлургического предприятия с полным технологическим циклом. Разработана методика оценки мероприятий по реконструкции и управлению режимами на основе наибольших значений ущерба. Область значений ущерба представляется в виде нечеткого числа с границей в виде кривой Коши. Уровень значимости принят на основе экспертных оценок. Для выбора наиболее целесообразных мероприятий по реконструкции и управлению режимами использован критерий Ходжа-Лемана. Разработанная методика может быть использована для планирования мероприятий по реконструкции, а также нормальных и ремонтных эксплуатационных схем систем электроснабжения крупных предприятий при отсутствии достаточной информации об отключениях в сетях различных классов напряжения.
Ключевые слова
Корректное задание главных размеров электрических машин определяет конструктивное исполнение элементов машин. Специфические особенности конструкции торцевого генератора с постоянными магнитами и кольцевой обмотки статора не позволяют использовать известные формулы для вычисления ЭДС фазы и главных размеров цилиндрических машин с барабанным якорем. Требуется иная методика определения числа витков в фазе и главных размеров, существенно зависящих от электромагнитных нагрузок (индукции в воздушном зазоре и линейной токовой погрузки) и размеров магнитоэлектрического генератора. Проблема усугубляется тем, что, в отличие от электрических машин с электромагнитным возбуждением, при проектировании которых используются проверенные эксплуатацией подобных машин рекомендации по выбору электромагнитных нагрузок, для торцевых магнитоэлектрических генераторов такие рекомендации отсутствуют. Для вывода соотношения для ЭДС переменного тока кольцевой обмотки якоря и обмоточных данных торцевого магнитоэлектрического генератора используется закон электромагнитной индукции и конструктивные особенности генератора. Главные размеры определяются из соотношений для электромагнитной мощности, ЭДС кольцевой обмотки и магнитодвижущей силы продольной размагничивающей реакции якоря при полном m-фазном коротком замыкании. Получены соотношения для расчета обмоточных данных и ЭДС кольцевой обмотки, внутреннего и внешнего диаметров, длины беспазового сердечника статора торцевого магнитоэлектрического генератора с кольцевой обмоткой якоря. Полученные соотношения для ЭДС учитывают специфику кольцевой обмотки и позволяют корректно определять обмоточные данные торцевого генератора с беспазовым сердечником статора. Главные размеры торцевого магнитоэлектрического генератора возможно определять без использования линейной токовой нагрузки и индукции в воздушном зазоре, являющихся функцией главных размеров машины.
Ключевые слова
В настоящее время недостаточно исследован вентильно-машинный комплекс РЛС, который включает в себя системы первичного электропитания, вращения антенны, импульсного питания передающих модулей, вторичного электропитания аппаратуры, обеспечения тепловых режимов, бесперебойного питания. Совместное функционирование перечисленных систем в составе вентильно-машинного комплекса характеризуется их взаимовлиянием, что делает актуальной задачу анализа электромагнитных процессов в вентильно-машинном комплексе в стационарных и нестационарных режимах, конечной целью которого является совершенствование методов управления этими системами для повышения их технико-экономических показателей. Имитационная модель вентильно-машинного комплекса создана в программном пакете MATLAB Simulink. Имитационная модель представляет собой набор элементов, взятых из библиотеки SimPowerSystems, и вновь разработанных блоков, реализующих математические зависимости упруго-вязких связей и ветровой нагрузки. В результате исследования вентильно-машинного комплекса установлено, что при большой ветровой нагрузке имеет место генераторный режим работы двигателя, а также наблюдается токовая перегрузка СДПМ и инвертора в пределах от 30 до 120 % от номинальных значений в стационарном и нестационарном режимах соответственно. При этом при питании от сети общего назначения снижение напряжения питающей сети достигает 22 % от номинальной величины. При питании от дизель-генератора с быстродействующей обратной связью по напряжению снижение напряжения питающей сети не превышает 5 %. Применение вентильно-машинного комплекса с электроснабжением на базе дизель-генератора в условиях значительной ветровой нагрузки позволяет повысить уровень электромагнитной совместимости (ЭМС) его систем за счет поддержания напряжения сети в допустимых пределах и обеспечить при постоянной скорости вращения антенны надежную работу РЛС с наибольшей скоростью обзора.
Ключевые слова
В крупных производственных системах часть технологических установок, являющихся источниками для системы сбора продукции, работает периодически. При этом могут возникать недопустимые временные перегрузки отдельных участков сборной сети. Следовательно, весьма важно назначить такой график работы периодически работающих источников, при котором ограничивающее влияние сети минимально. Отсюда вытекает необходимость создания математической модели сети, в которой часть источников эксплуатируется периодически, и методов разработки режимов ее эксплуатации, при которых достигается экстремальное значение выбранного критерия оптимальности с учетом имеющихся технологических ограничений. Использован метод описания структуры сети, при котором совокупность источников делится на топологические группы по признаку связи с участками, в которые подается их продукция. Оптимизация режимов работы периодически эксплуатируемых источников для каждой топологической группы произведена методом покоординатного спуска. В качестве критерия оптимальности использована абсолютная величина среднего отклонения суммарного дебита источников от ее среднего значения. Построена математическая модель сети с периодически работающими источниками и разработан метод оптимизации режима ее эксплуатации. Предлагаемая математическая модель и ее компьютерная реализация позволяет назначать график работы периодически работающих источников, при котором ограничивающее влияние пропускной способности сети минимально.
Ключевые слова
Однородные композиты с регламентируемыми физико-механическими свойствами, в том числе сыпучие, широко используются для нужд тепловой энергетики и атомной промышленности. Актуальная проблема получения качественной смеси с заданным соотношением объемных долей сыпучих компонентов, например 1:10 и более, может быть решена с помощью устройств гравитационного типа, в которых реализуется принцип порционного смешивания твердых дисперсных компонентов в разреженных потоках. Формирование указанных разреженных потоков достигается различными способами: при работе щеточных элементов и ударном взаимодействии с отбойной поверхностью. Использован стохастический метод математического моделирования, основанный на неравновесном представлении состояний энергетически открытой макросистемы. Рассматривается вопрос об оценке содержания ключевого компонента после ударного рассеивания сыпучих материалов на начальном этапе порционного смешивания с привлечением стохастического подхода. Моделирование выполнено с учетом механических свойств усредненных разреженных потоков материалов при ударе о плоскую отбойную поверхность. Предложен метод оценки объемной доли ключевого компонента после ударного рассеивания сыпучих материалов на начальном этапе порционного смешивания в рабочей камере гравитационного устройства. В рамках данного метода использованы неравновесные дифференциальные функции распределения числа частиц смешиваемых компонентов по углу их разбрасывания после ударного взаимодействия с плоским отбойником. Приведены примеры расчета указанных функциональных зависимостей для распределения частиц компонентов в разреженных потоках при смешивании двух сыпучих материалов. Теоретически выявлены условия возможного получения качественной сыпучей смеси в рабочей камере гравитационного устройства на начальном этапе порционного смешивания вследствие полученного сближения кривых для неравновесных дифференциальных функций распределения числа частиц для двух компонентов по углу их разбрасывания после ударного взаимодействия с отбойной поверхностью. Результаты могут быть использованы для расчета коэффициента неоднородности смеси не только на начальном, но и на последующих стадиях исследуемого процесса порционного смешивания твердых дисперсных сред.