+
Разработка фрактальной модели гидродинамики в слое твердых коммунальных отходов в процессе производства газообразного топлива
стр.5-12
Горбунов Владимир Александрович, Колибаба Ольга Борисовна, Сокольский Анатолий Иванович, Долинин Денис Александрович, Семёнов Алексей Сергеевич
Недостатком пиролизных процессов переработки твердых коммунальных отходов, реализуемых в шахтных печах, является неравномерное прохождение газов через отходы и плохая газопроницаемость слоя, снижающие эффективность процесса переработки. Для выбора рациональных режимов работы таких установок необходимо исследование фильтрации газов с корректным учетом гидравлических сопротивлений многокомпонентного полидисперсного слоя твердых коммунальных отходов. Изучению гидродинамики плотного зернистого слоя посвящен ряд работ, авторы которых рассматривали слой как однородную изотропную среду. Известны, в частности, капиллярная и классическая фрактальная модели для описания зернистого слоя. Однако фильтрация газов в слое твердых коммунальных отходов с помощью данных моделей не исследована. В связи с этим актуальной является разработка модели слоя твердых коммунальных отходов, позволяющей унифицировать его сложную структуру таким образом, чтобы гидравлические характеристики образца и модели отличались не более чем на 10 %. Использованы результаты экспериментальных исследований фильтрации в слое твердых коммунальных отходов. Для математического моделирования процесса фильтрации применены методы вычислительной гидродинамики (CFD). Получены опытные данные по перепадам давления в процессе фильтрации в слое твердых коммунальных отходов среднего морфологического состава. Произведены расчеты гидродинамики слоя твердых коммунальных отходов с помощью капиллярной и классической моделей, расхождение которых с опытными данными превысило 36 %. Предложена геометрическая модель слоя твердых коммунальных отходов в виде модифицированного фрактала «губка Менгера» без первого ранга разбиения, позволяющая с погрешностью менее 10 % учитывать гидравлическое сопротивление при решении задач гидродинамики в слое твердых коммунальных отходов в процессе его переработки. Разработанная фрактальная модель позволяет выполнять гидродинамические расчеты в слое твердых коммунальных отходов с точностью до 8,6 %. Модель применяется в расчетах при проектировании шахтных печей для переработки твердых коммунальных отходов и представляет практический интерес при моделировании различных многокомпонентных полидисперсных структур.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Оценка эффективности энергогенерирующей станции, утилизирующей вторичную и низкопотенциальную теплоту в условиях угольных шахт, методом термодинамического анализа
стр.12-20
Бирюков Алексей Борисович, Варакута Виктор Владимирович, Гнитиёв Павел Александрович
Одним из путей утилизации вторичной и низкопотенциальной теплоты является создание энергогенерирующих станций, использующих паротурбинные установки с низкокипящим рабочим телом. Известна экспериментальная паротурбинная установка, в которой в качестве нагревателя и холодильника выступает вода с температурой 90 и 12 °С соответственно. КПД данной установки в таких условиях составляет 16 %. Эффективность работы энергогенерирующих станций, использующих вторичную и низкопотенциальную теплоту, зависит от состава используемого оборудования и температурных потенциалов нагревателя и холодильника. В связи с этим актуальной является оценка эффективности энергогенерирующей станции, утилизирующей вторичную и низкопотенциальную теплоту в условиях угольных шахт. Исследование выполнено для четырех схем на базе тепловых машин, реализующих прямой и обратный циклы: паротурбинная установка; паротурбинная установка и холодильная машина; паротурбинная установка и тепловой насос; паротурбинная установка в комплексе с тепловым насосом и холодильной машиной. Сравнительная оценка предельно возможной эффективности выполнена при помощи метода термодинамического анализа для идеального цикла Карно, реализуемого в условиях реально имеющегося перепада температур между нагревателем и холодильником. Рассмотрены четыре схемы, реализующие прямой и обратный циклы, охватывающие все возможные комбинации машин прямого и обратного действия. Установлено, что термический КПД одинаков для схем на базе паротурбинной установки и паротурбинной установки с холодильной машиной и он больше КПД других схем. Впервые для условий угольных шахт рассчитаны усредненные и пиковые значения термодинамического КПД и удельного количества вторичной и низкопотенциальной теплоты для наиболее экономичных схем при использовании нерегулируемых и регулируемых параметров низкокипящего рабочего тела. Достоверность результатов базируется на использовании фундаментальных положений технической термодинамики. На основании анализа полученных результатов обоснована целесообразность использования схем с регулируемыми параметрами низкокипящего рабочего тела за счет применения в схеме тепломашинной установки обратного цикла и других устройств регулирования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Способ управления током возбуждения как средство обеспечения устойчивости работы синхронного двигателя
стр.21-31
Жеребцов Андрей Леонидович, Чуйков Вадим Юрьевич, Шульпин Андрей Александрович
Использование мощных синхронных двигателей в узлах нагрузки предъявляет особые требования к повышению устойчивости работы, а также к системам автоматического регулирования возбуждения. Разработаны и используются способы повышения устойчивости синхронных двигателей за счет обеспечения быстродействия автоматического регулирования возбуждения в аварийных режимах и регулирования напряжения возбуждения. Однако данные способы не учитывают возможности перерегулирования при снижении тока возбуждения после режима форсировки и выхода синхронных двигателей из синхронизма. В связи с этим актуальной задачей является разработка алгоритма, исключающего режим перерегулирования, и способа управления током возбуждения синхронных двигателей. В процессе исследования использованы методы математического моделирования с использованием дифференциальных уравнений, реализованных в программно-техническом комплексе Simulink (MatLAB). При разработке математической модели сделаны допущения: отсутствие насыщения магнитных цепей, потерь в стали и вытеснения тока в обмотках, синусоидальное распределение в пространстве магнитных индукций, независимость индуктивных сопротивлений рассеяния для синхронных двигателей, постоянство параметров трансформаторов при внешних воздействиях на магнитные поля; представление внешней питающей сети источником бесконечной мощности. В отличие от известных способов регулирования, разработан алгоритм, исключающий эффект перерегулирования, и реализован способ управления током возбуждения синхронных двигателей с регулируемой скоростью развозбуждения и контролем угла нагрузки синхронных двигателей в послеаварийных режимах. Получены численные решения и выполнен их анализ. Достоверность результатов, полученных с использованием математического моделирования, подтверждена экспериментальными данными. Разработанный способ управления током возбуждения синхронных двигателей позволяет повысить устойчивость их работы в послеаварийных режимах при минимальных потерях в статоре и предотвращения перегрева ротора. Предложенный способ управления током возбуждения синхронных двигателей, исключающий эффект перерегулирования, обеспечивает решение практической задачи повышения устойчивости работы мощных синхронных двигателей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Централизованная дифференциальная защита цифровой подстанции с применением метода двойной записи
стр.31-40
Куликов Александр Леонидович, Вуколов Владимир Юрьевич, Колесников Антон Александрович
В электрических сетях продолжается переход от устаревших электромеханических реле к микропроцессорным устройствам релейной защиты и автоматики, однако сохраняется при этом традиционная децентрализованная архитектура построения. Альтернативный принцип построения системы релейной защиты и автоматики - централизованная система, которая может позволить снизить затраты как на оборудование, так и на эксплуатацию, а также повысить селективность защит. Перспективно применение централизованной дифференциальной защиты, характерными примерами организации которой являются метод дифференциальных колец и метод мульти-зональной дифференциальной защиты. Общим недостатком предлагаемых подходов с точки зрения эксплуатации современных электрических сетей является сложность их технической реализации. В связи с этим необходимо создание простой и высоконадежной централизованной дифференциальной защиты для цифровых подстанций. Использованы методы двойной записи и теории графов. Для оценки показателей надежности защиты использованы расчетные соотношения метода Марковских цепей. Предложен новый принцип организации централизованной дифференциальной защиты цифровых подстанций с применением метода двойной записи. Установлено, что разрабатываемая защита значительно превосходит по показателям надежности типовые технические решения. Предлагаемая защита имеет адаптацию к изменениям конфигурации при переключениях на подстанции. Разработанные технические решения позволяют выявлять повреждения трансформаторов тока и каналов связи, а также обладают высокими показателями надежности. Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности реализации централизованной дифференциальной защиты с применением метода двойной записи для цифровых подстанций. Для внедрения централизованной дифференциальной защиты необходимо продолжить исследования в следующих направлениях: разработка микропроцессорного устройства централизованной дифференциальной защиты либо модификация и доработка существующих терминалов микропроцессорной защиты; выбор наиболее подходящего варианта коммуникаций с точки зрения надежности, экономичности и эксплуатационной пригодности; разработка типовых решений предлагаемой релейной защиты и автоматики.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Методика выбора параметров обмотки статора асинхронных двигателей общепромышленного исполнения для частотно-регулируемого электропривода
стр.41-49
Бирюков Алексей Николаевич, Воронин Станислав Михайлович, Шумилов Егор Алексеевич, Казаков Юрий Борисович
Выбору параметров обмотки статора частотно-регулируемых асинхронных двигателей уделяется недостаточное внимание. На повышенных частотах обычно применяются специализированные асинхронные двигатели, но возможно и использование двигателей общепромышленного исполнения меньшей мощности, частоты вращения и стоимости без повышения фазного напряжения при измененной обмотке статора. Целесообразно обоснование выбора параметров обмотки статора асинхронных двигателей для частотно-регулируемого электропривода. Параметры асинхронных двигателей с измененными обмотками определены на основе схемных моделей двигателей. Результаты расчетов поверены на полевых электромагнитных моделях методом конечных элементов. Рентабельность модернизации определены методами оценки затрат при капитальном ремонте и методом сравнения стоимостей аналогов. Определены направления выбора параметров обмотки статора частотно-регулируемых асинхронных двигателей. Рассчитаны показатели двигателей при повышенной частоте напряжения для обмотки с увеличенным числом параллельных ветвей, сниженным числом последовательно соединенных витков фазы при сохранении числа полюсов и фазного напряжения. При импульсной модуляции напряжения размеры элементарных проводников должны определяться несущей частотой модуляции. Выполнено сравнение стоимости и массогабаритных показателей асинхронных двигателей общепромышленного исполнения с измененной обмоткой и специализированных аналогов. Установлено, что для асинхронных двигателей, работающих на повышенных частотах, целесообразно увеличение параллельных структур обмотки - параллельных ветвей и элементарных проводников, снижение последовательно соединенных витков фазы при сохранении числа полюсов и фазного напряжения, что позволяет сохранить электрическую прочность изоляции и магнитный поток, повысить мощность и КПД, снизить номинальное и критическое скольжения. При мощности привода более 11 кВт модернизация обмотки двигателей общепромышленного исполнения с числами полюсов 4 или 6 позволяет достичь меньших стоимости и массогабаритных показателей, чем для специализированных аналогов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Расчетно-экспериментальное исследование термической обработки биоорганических частиц в аппаратах с кипящим и циркуляционным кипящим слоем
стр.50-56
Огурцов Валерий Альбертович, Arnold Figerar Camelo Amaya, Гарманов Виктор Сергеевич, Тумаков Артемий Владимирович, Мизонов Вадим Евгеньевич
Термохимическая переработка твердых видов топлива включает в себя некоторые дополнительные процедуры, в частности процесс сушки. Сушка частиц может быть реализована в различных вариантах псевдоожиженного состояния. Системы с псевдоожиженным слоем широко распространены из-за их высокой производительности и интенсивности тепло- и массопереноса. Современные требования к скорости и энергетической эффективности процессов побуждают обращаться к поиску инструментов для прогнозирования этих процессов и их операционного контроля. В связи с этим развитие простой, но информативной модели описания технологических переделов в кипящем слое остается актуальной задачей. Теория цепей Маркова используется в качестве математической основы моделирования. Предложенная модель дополнена следующими полуэмпирическими субмоделями: межфазного теплообмена, межфазного массообмена и изменения коэффициента сопротивления частиц в зависимости от чисел Re и Ar. Верификация модели выполнена в ходе специально предпринятых экспериментальных исследований, которые предполагали регистрацию как локальных, так и валовых характеристик процесса. На основе теории цепей Маркова предложены ячеечные модели сушки в кипящем слое и циркуляционном кипящем слое. Переходные матрицы поставлены в соответствие с физическими параметрами потоков, участвующих в процессе сушки, что позволяет формировать эти матрицы в соответствии с текущим состоянием системы и делает предлагаемую модель нелинейной. В свою очередь, это позволяет осуществлять прогнозирование термопреобразования материала. Модель, основанная на теории цепей Маркова, была дополнена независимыми полуэмпирическими субмоделями процессов в псевдоожиженном слое и успешно использована для описания сушки. Показано, что гидродинамическое состояние слоя во всех исследованных режимах является лимитирующим для процесса сушки. Полученные экспериментальные и расчетные результаты находятся в хорошем соответствии. Предложенная математическая модель может быть рассмотрена как научная основа для операционного контроля и проектирования установок кипящего слоя и ЦКС.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Повышение эффективности эксплуатации систем централизованного теплоснабжения на основе применения информационной системы мониторинга тепловых сетей
стр.57-66
Косяков Сергей Витальевич, Садыков Артур Мунавирович, Сенников Владимир Васильевич, Смирнов Владимир Владимирович
В настоящее время для настройки режимов работы тепловых сетей используются хорошо изученные методы и программные средства тепловых и гидравлических расчетов. Одновременно активно развиваются методы и программные средства для централизованного сбора данных приборов учета, которыми оборудуются тепловые пункты потребителей. При этом методы совместной обработки и анализа таких данных в целях повышения эффективности работы сети, улучшения качества оперативного управления процессами отпуска и потребления тепловой энергии остаются мало исследованными и пока не нашли применения на практике. Для расчета оценки эффективности использования энергоресурсов в системе теплоснабжения использованы методы и средства моделирования и анализа бизнес-процессов, аналитической обработки данных, представления данных в ГИС, а также результаты выполнения тепловых и гидравлических расчетов сетей и сбора данных с приборов учета отпуска тепловой энергии. Предложен новый метод оперативного анализа режимов работы тепловой сети, основанный на сравнении показаний приборов учета с результатами моделирования процессов в тепловой сети для оценки эффективности использования топлива и электроэнергии. Рассмотрены структура, функции, процессы сбора и обработки данных. Представлены результаты опытной эксплуатации облачной информационной системы, использующей предложенный метод. Результаты разработки и опытной эксплуатации информационной системы мониторинга тепловых сетей подтвердили возможность и эффективность применения разработанного метода совместного анализа данных моделирования и мониторинга тепловых сетей. Разработанный метод и программные средства могут применяться в составе муниципальных и региональных информационных систем для контроля эффективности расходования энергоресурсов в системах централизованного теплоснабжения.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Оценка влияния номера рецикла на топливную составляющую себестоимости различных типов реакторов
стр.67-75
Галковская Виктория Евгеньевна
Актуальные исследования в области экономики ядерной энергетики охватывают широкий спектр вопросов формирования себестоимости электроэнергии АЭС. Отсутствие комплексного, системного подхода к оценке топливной составляющей себестоимости электроэнергии на различных типах реакторов формирует новые вызовы, обусловливающие необходимость осуществления сравнительного анализа эффективности топливной кампании и возможности рециклирования ядерного топлива. Исследование основано на разработках отечественных и зарубежных ученых в области экономики ядерной энергетики и ядерной физики, опубликованных в научных периодических изданиях и в сети Интернет. Использованы методы аналитического, технико-экономического и логического анализа, прогнозные квалитативные и квантитативные методы, метод группировки данных. Представлен сравнительный анализ изменения топливной составляющей себестоимости электроэнергии, произведенной на АЭС с реакторами типа ВВЭР и PWR с учетом номера рецикла, величины и стоимости компенсации начального присутствия четных изотопов урана при рецикле, стратегии обращения с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами. Отмечена необходимость учета различных объемов топливной загрузки реакторов при расчете стоимости плутония. Выявлены несовершенства создания цепочки стоимости ядерного топлива в России и предложены рекомендации по их устранению. Выявлена целесообразность рециклирования урана при заданных условиях. Показано, что величина топливной составляющей себестоимости снижается с каждым последующим рециклом, что справедливо для АЭС с реакторами и ВВЭР, и PWR и обусловлено технико-экономическими характеристиками реакторов. Установлено, что топливная составляющая себестоимости электроэнергии ВВЭР-1000 ниже, чем PWR 14×14, что объясняется не только более низкой стоимостью переделов начальной и заключительной стадий ядерного топливного цикла, но и улучшенными техническими характеристиками реактора ВВЭР-1000 в сравнении с PWR 14×14, а также изотопный состав отработавшего ядерного топлива ВВЭР-1000 и PWR 14×14 различается, что влияет на топливную составляющую себестоимости электроэнергии при рециклировании. Результаты исследования могут быть использованы при обосновании выбора проекта строительства АЭС.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
