При быстром понижении давления в деаэраторе возможно мгновенное закипание воды с одновременным выходом из нее пара, сопровождающимся десорбцией растворенного в воде кислорода. В литературе это явление получило название начального эффекта деаэрации. Учет указанного эффекта при расчете десорбции выполняется, как правило, с использованием статистических зависимостей, полученных по результатам экспериментальных исследований. К недостаткам такого способа можно отнести применимость полученных результатов только для исследованных условий деаэрации. В связи с этим поиск теоретических подходов к учету влияния начального эффекта на процесс десорбции растворенного кислорода в деаэраторах перегретой воды является актуальным направлением исследований. Для теоретического учета начального эффекта деаэрации используются термодинамические соотношения для описания процесса фазового перехода в перегретой жидкости, для проверки полученных соотношений использованы результаты экспериментальных исследований процесса деаэрации. Для описания начального эффекта при десорбции растворенного кислорода получена теоретическая зависимость, позволяющая оценить его остаточное содержание в деаэрированной воде. Показано качественное соответствие полученных результатов экспериментальным данным по центробежно-вихревому и капельному деаэрационным устройствам. На основе результатов расчетного анализа начального эффекта и сравнения их с экспериментальными результатами показано определяющее влияние данного эффекта на процесс десорбции растворенного кислорода в вакуумной деаэрационной установке, что дает возможность получения более точных решений задач по моделированию и совершенствованию конструкций и режимов работы данных установок.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2016. — Выпуск 5
Содержание:
Ужесточение норм, предъявляемых к качеству водного теплоносителя ТЭС, и развитие автоматических систем химического мониторинга за водно-химическим режимом требуют расширения диагностических возможностей систем мониторинга ТЭС. Использование наиболее точных измерений показателей качества теплоносителя, таких как удельная электрическая проводимость и рН, повышает надежность работы котельных установок и позволяет проводить диагностику состояния водного режима. Такое направление принято и в энергетике западных стран. В частности, фирмой Swan (Швейцария) разработаны и представлены на энергетическом рынке России автоматические анализаторы FAM Deltacon pH и AMI Deltacon Power. В связи с этим необходима разработка методик косвенных измерений и приборов автоматического химического контроля, не уступающих по техническому уровню лучшим мировым образцам. Методики получены на основании глубоких исследований в области теории растворов электролитов, теории и практики ионных равновесий в водных растворах с использованием инновационных стендов кафедры ХХТЭ. Подобные методики и стенды впервые созданы в ИГЭУ и не имеют аналогов в других вузах России. Рассмотрены три варианта расчетной методики косвенного определения показателя рН и концентрации аммиака, основанные на измерениях удельной электропроводности охлажденных проб. Расчетные методики основаны на частных решениях обобщенной математической модели ионных равновесий в условиях качества питательной воды котельных установок. Представлены результаты лабораторных исследований и промышленных испытаний новых методик косвенного определения нормативных показателей качества воды на ТЭС. Выбран расчетный алгоритм для промышленных систем автоматического химического контроля. Предложенные методики и алгоритмы проверены в условиях промышленной эксплуатации на ТЭС и частично реализованы в разработках новых приборов и систем автоматического химического контроля. Научная ценность результатов состоит в получении и обосновании расчетных методик, пригодных для практического использования на ТЭС.
Ключевые слова
Широко известные методы определения места повреждения линии электропередачи используют комплексы токов и напряжений при формировании математических выражений расчета расстояния до места повреждения. Переход к мгновенным значениям токов и напряжений приводит к необходимости дополнительной реализации процедур фильтрации сигналов в условиях апериодической составляющей и высокочастотных помех. Характеристики фильтрации существенным образом влияют на точность определения места повреждения линии электропередачи. Целью исследования является разработка метода определения места повреждения, обладающего повышенной точностью в условиях апериодической составляющей и высокочастотных помех в сигналах токов и напряжений. В программном комплексе Matlab Simulink применено имитационное моделирование анализируемых методов определения места повреждения линии электропередачи. Использована более точная для длинных линий математическая модель линии электропередачи с распределенными параметрами. Разработан новый метод определения места повреждения линии электропередачи, основанный на модели ЛЭП с распределенными параметрами, использующий мгновенные значения аварийных осциллограмм, обладающий повышенной точностью при наличии в аварийных токах и напряжениях апериодической и высокочастотных составляющих. Для сопоставительного анализа известных методов и предлагаемого метода произведены расчеты относительной ошибки определения места повреждения линии электропередачи. Достоверность результата подтверждена теоретическими расчетами. Новый метод имеет малые ошибки расчета расстояния до повреждения и может быть реализован в современных программных и аппаратных средствах определения места повреждения линии электропередачи без существенных доработок.
Ключевые слова
В настоящее время наибольшее применение в задачах прогнозирования получили методы авторегрессионного анализа и искусственные нейронные сети. Применение нейросетевых методов для прогнозирования остаточного ресурса оборудования затруднено тем, что для обучения сети необходимо наличие достоверной обучающей выборки, включающей изменение технического состояния оборудования в прошлом. Для исследования задачи прогнозирования технического состояния судовых электроэнергетических систем требуется создание условий работы, близких к промышленным, а также длительного непрерывного мониторинга. Данные требования сложно реализовать в лабораторных условиях. В связи с этим основной задачей исследования является решение проблемы прогнозирования технического состояния электротехнической системы путем применения авторегрессионного анализа. Прогнозирование состояния судовых электроэнергетических систем основано на анализе временного ряда с помощью модели авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего, которая позволяет предсказывать значение прогнозируемой величины с учетом внешних факторов, таких как условия эксплуатации и износ оборудования. Для разработки модели использован аппарат дифференциальных уравнений. Предложена модель анализа временного ряда степени работоспособности судовых электроэнергетических систем, отличающаяся от существующих моделей тем, что позволяет при прогнозировании не только учитывать значение интегрального параметра поврежденности, но и принимать во внимание факторы, влияющие на скорость изменения технического состояния оборудования, такие как условия технологического процесса и срок эксплуатации оборудования. В отличие от нейросетевых моделей прогнозирования данная модель не требует наличия обучающей выборки. Полученные результаты могут быть использованы в составе экспертных систем прогнозирования технического состояния судовых электроэнергетических систем. На примере последних 12 помесячных наблюдений (1 год) показано, что построенная модель авторегрессионного проинтегрированного скользящего среднего хорошо прогнозирует ряд. Предложенная модель предназначена для прогнозирования технического состояния судовых электроэнергетических систем.
Ключевые слова
Задача снижения уровня шумов и вибраций в современном синхронном электроприводе на фоне постоянно ужесточающихся требований к эксплуатационным характеристикам приобретает особую актуальность. В отдельных технических отраслях, например в подводном флоте, улучшение виброакустических характеристик носит доминирующий характер. Существующие методы частотного регулирования не учитывают возможности влияния на виброшумовые характеристики, связанные с изменением числа фаз статора, а широко распространенные конструктивные способы ухудшают другие показатели привода, в частности скос пазов. Применение распределенных обмоток и увеличение величины воздушного зазора ослабляют поле машины и ухудшают ее энергетические характеристики. Большинство методов не учитывают специфику конкретной геометрии машины либо требуют достаточно долгиx и объемныx вычислительныx операций. В связи с этим необходимо создание методики оптимизации виброшумовых характеристик двигателей с учетом реальной конфигурации магнитного поля в ниx. Использованы методы численного интегрирования и метод конечныx элементов в оболочке ElCut, позволяющий создавать и анализировать полевые модели двигателей с учетом нелинейной характеристики насыщения материалов. Предложена методика оптимизации магнитных сил, основанная на конструктивном изменении формы ротора машины и синтезе фазного тока статора специальной формы. Путем сравнительного анализа полевых моделей установлено двукратное снижение величины радиальных сил в результате предложенной оптимизации. Результаты исследования полностью согласуются с работами в области асинхронных многофазных приводов, аналогичные полевые модели которых имеют экспериментальное подтверждение. Разработанная методика формирования магнитного состояния электромеханической системы позволяет оптимизировать величины магнитных сил машины, что значительно снижает определяемые ими шумы и вибрации.
Ключевые слова
Механизмы и устройства, использующие электромагнитный привод возвратно-поступательного движения, широко используются в промышленности для обеспечения многих технологических процессов и производств. Учитывая современные требования, особый интерес представляют низкочастотные синхронные электромагнитные машины ударного действия, для которых частота ударных импульсов сил равна или кратна частоте питающего однофазного источника. Актуальность исследований обусловлена необходимостью создания математической модели динамики двухкатушечной синхронной электромагнитной машины ударного действия со свободным выбегом бойка и реализованного на ее основе нового рабочего цикла и способа управления. В качестве объекта исследований рассматривается динамическая модель электромагнитного ударного узла, включающая в себя многомассовую колебательную систему с упругими связями, возбуждаемую периодическим магнитным полем системы из двух катушек. Основу модели составляют дифференциальные уравнения электрического равновесия системы и механического взаимодействия поступательно движущихся инерционных масс, полученные методом Лагранжа. Разработана математическая модель динамики двухкатушечной синхронной электромагнитной машины ударного действия со свободным выбегом бойка. Особенностью модели является возможность учета взаимосвязанных электромеханических процессов, учитывающих нелинейность магнитных характеристик материалов, степень подвижности инерционных масс и свойства упругих связей, сопровождаемых различного рода потерями энергии. Предложен алгоритм расчета и рассмотрен пример численной реализации модели в программной среде Matlab Simulink. Использование созданной модели обеспечивает широкие возможности в проведении всестороннего анализа рабочих процессов электромагнитных ударных узлов в переходных и квазиустановившихся режимах в целях улучшения их характеристик. Методами математического моделирования подтверждена эффективность в использовании нового рабочего цикла, позволяющего улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и электромагнитного ударного узла при их совместной работе.
Ключевые слова
Известные результаты исследований дают представление о природе обменных колебаний мощности при параллельной работе дизель-генераторных агрегатов переменного тока и доказывают необходимость определения критерия устойчивости параллельной работы по величине обменных колебаний активной мощности. Накопленная информация, технический опыт и результаты научных исследований по обменным колебаниям мощности дают основания говорить, что рекомендации по их уменьшению направлены на некоторые конструктивные изменения дизель-генераторных агрегатов (в основном дизелей), что естественно для специалистов механиков. Однако, несмотря на, казалось бы, глубокое изучение природы обменных колебаний мощности, отсутствует информация об успешном внедрении новаций и устранении обменных колебаний, конкретных методах, которые бы дали реальный эффект. Напротив, электромеханическая служба даже суперсовременных судов с классом автоматизации А1 сталкивается с их существованием и отрицательными последствиями. В связи с этим актуальной является задача выяснения причин возникновения обменных колебаний мощности в автономных электротехнических комплексах. Использованы результаты вычислительного эксперимента параллельной работы генераторных агрегатов электротехнического комплекса судна, проведенного с использованием методов математического моделирования. Для определения люфта как причины существования обменных колебаний мощности используется математическая модель судового электротехнического комплекса, где учтено существование люфта в системах автоматического управления частотой вращения дизелей. Получены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие существование обменных колебаний мощности при параллельной работе синхронных генераторов электротехнического комплекса по причине наличия люфта в системах автоматического управления частотой вращения дизелей. Результатами математического моделирования подтверждено, что амплитуда обменных колебаний мощности растет с увеличением ширины зазоров параллельно работающих генераторов как в случае равных, так и в случае различных их значений. Люфты являются одной из основных причин возникновения и существования обменных колебаний мощности при параллельной работе судовых синхронных генераторных агрегатов. Полученные результаты дают основания исключить из причин возникновения обменных колебаний мощности при параллельной работе судовых дизель-генераторов различия конструктивных параметров агрегатов.
Ключевые слова
Современные САПР, многократно повышая эффективность и качество решения проектных задач, одновременно радикально меняют сам подход к их решению. Это порождает несоответствие между возможностями, предоставляемыми новыми технологиями, и степенью готовности проектировщиков к их эффективному использованию. Общепризнано, что наиболее эффективным способом преодоления этого дефицита является обучение пользователей САПР в процессе решения задач проектирования. Однако известные подходы к реализации обучения через деятельность обладают рядом существенных недостатков, главными из которых являются высокая стоимость предлагаемых решений и/или их ориентация на конкретный продукт. В связи с этим актуальной задачей является разработка инвариантных к целевой САПР моделей и методов двусторонней коммуникации проектировщика и эксперта в целях обучения в процессе решения задач автоматизированного проектирования. В процессе исследования использованы методы перехвата сообщений операционной системы о событиях, вызванных действиями пользователя и адресованных оконной функции приложения САПР, модели и методы представления знаний, объектно-ориентированного программирования и управления базами данных. Разработан инвариантный к целевой САПР комплекс моделей и методов регистрации и воспроизведения действий пользователя в процессе автоматизированного проектирования, обеспечивающий возможность объективной экспертизы этих действий и формирования контекстных методических рекомендаций, включающий в себя фреймовую модель представления сообщений о действиях пользователя, транзакционную модель фильтрации этих действий, модель их локального контекста и основанные на применении этих моделей методы регистрации и воспроизведения сценариев решения проектных задач. Комплекс программно реализован в виде приложения AddInCAD. Приложение AddInCAD апробировано на продуктах компании CSoft - отечественного производителя САПР. В процессе опытной эксплуатации подтверждена возможность организации эффективного взаимодействия проектировщика и эксперта на уровне сценариев автоматизированного проектирования при решении профессиональных задач.
Ключевые слова
Широкое использование новых композиционных материалов в объектах атомной энергетики, в авиастроении, нефтегазовой промышленности, в объектах химического производства, а также в других отраслях машиностроения требует дальнейшего совершенствования механических моделей деформируемых тел и разработки методов и методик их расчета с учетом вязкоупругих свойств материала тонкостенных конструкций. В этих условиях математическое моделирование динамических процессов трубопроводов с газо-жидкостью становится особенно актуальным. Для описания процессов деформирования трубопроводов используется интегральная модель Больцмана-Вольтерра со слабосингулярными ядрами наследственности. С помощью метода Бубнова-Галеркина математическая модель задачи сведена к исследованию системы обыкновенных интегро-дифференциальных уравнений, где независимой переменной является время. Решение интегро-дифференциальных уравнений находится численным методом, базирующемся на исключении особенности в ядре релаксации интегрального оператора. Построена математическая модель задачи о параметрических колебаниях вязкоупругих трубопроводов большого диаметра с протекающей пульсирующей жидкостью. Разработан вычислительный алгоритм, основанный на исключении особенностей интегральных и интегро-дифференциальных уравнений с сингулярными ядрами, с последующим использованием квадратурных формул для решения задач динамики вязкоупругих трубопроводов с протекающей пульсирующей жидкостью. Численно исследованы влияние сингулярности в ядрах наследственности и частота возбуждения на колебания конструкций, обладающих вязкоупругими свойствами. Учет вязкоупругих свойств материала конструкций приводит к уменьшению амплитуды и частоты колебаний на 20-40 %. Увеличение значения параметра возбуждения, определяемого технологией работы компрессорных станций, приводит к увеличению амплитуды и частоты колебаний трубопровода.
Ключевые слова
Современные САПР, многократно повышая эффективность и качество решения проектных задач, одновременно радикально меняют сам подход к их решению. Это порождает несоответствие между возможностями, предоставляемыми новыми технологиями, и степенью готовности проектировщиков к их эффективному использованию. Общепризнано, что наиболее эффективным способом преодоления этого дефицита является обучение пользователей САПР в процессе решения задач проектирования. Однако известные подходы к реализации обучения через деятельность обладают рядом существенных недостатков, главными из которых являются высокая стоимость предлагаемых решений и/или их ориентация на конкретный продукт. В связи с этим актуальной задачей является разработка инвариантных к целевой САПР моделей и методов двусторонней коммуникации проектировщика и эксперта в целях обучения в процессе решения задач автоматизированного проектирования. В процессе исследования использованы методы перехвата сообщений операционной системы о событиях, вызванных действиями пользователя и адресованных оконной функции приложения САПР, модели и методы представления знаний, объектно-ориентированного программирования и управления базами данных. Разработан инвариантный к целевой САПР комплекс моделей и методов регистрации и воспроизведения действий пользователя в процессе автоматизированного проектирования, обеспечивающий возможность объективной экспертизы этих действий и формирования контекстных методических рекомендаций, включающий в себя фреймовую модель представления сообщений о действиях пользователя, транзакционную модель фильтрации этих действий, модель их локального контекста и основанные на применении этих моделей методы регистрации и воспроизведения сценариев решения проектных задач. Комплекс программно реализован в виде приложения AddInCAD. Приложение AddInCAD апробировано на продуктах компании CSoft - отечественного производителя САПР. В процессе опытной эксплуатации подтверждена возможность организации эффективного взаимодействия проектировщика и эксперта на уровне сценариев автоматизированного проектирования при решении профессиональных задач.
Ключевые слова
В связи с тем, что высоковольтные выключатели имеют ограниченные ресурс коммутаций и срок службы, неизбежно возникает задача по выбору им замены. Выбор данного оборудования приходится делать с учетом многих факторов, среди них цена, страна производитель, срок гарантийного обслуживания и другие. В связи с этим определение наиболее подходящего оборудования из предлагаемых различными производителями вариантов является актуальной задачей многокритериального выбора из имеющихся альтернатив. Для решения задачи многокритериального выбора применяется прямой метод анализа иерархии. Данный метод экспертных оценок сочетает опыт, знания, интуицию лиц, принимающих решение, а также современные технологии автоматизированной поддержки принятия решений. На примере выбора высоковольтного выключателя показаны эффективность и наглядность применения прямого метода анализа иерархии. Составлена иерархия критериев для выбора высоковольтного выключателя. Применены функции принадлежности для количественных критериев. Использование прямого метода анализа иерархии для многокритериального выбора технического оборудования дает возможность сделать обоснованный выбор, учесть все предъявленные требования, ранжировать варианты по их соответствию. Составленная иерархия критериев является универсальной и может применяться многократно и на множестве объектов.