[ «ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ А. И. Рудской – ректор ФГБОУ ВПО СПбГПУ, (председатель) член-корреспондент РАН Ю. С. Васильев – президент ФГБОУ ВПО СПбГПУ, (сопредседатель) академик РАН В. Н. Козлов – заместитель председателя ...»
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ
А. И. Рудской – ректор ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»,
(председатель) член-корреспондент РАН
Ю. С. Васильев – президент ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»,
(сопредседатель) академик РАН
В. Н. Козлов – заместитель председателя Совета УМО
(зам. председателя) по университетскому политехническому
образованию
Д. Ю. Райчук – проректор ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»
П. И. Романов – директор НМЦ УМО (ученый секретарь) ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»
ЧЛЕНЫ ОРГАНИЗАЦИОННОГО КОМИТЕТА
А. В. Белоцерковский – ректор Тверского государственного университета М. Б. Гузаиров – ректор Уфимского государственного авиационного технического университета М. М. Благовещенская – проректор Московского государственного университета пищевых производств В. В. Глухов – проректор ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»В. В. Изранцев – ученый секретарь Санкт-Петербургского отделения МАН ВШ, проректор Международного банковского института С. В. Коршунов – заместитель председателя Совета УМО по университетскому политехническому образованию, проректор Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана В. Л. Петров – проректор Московского государственного горного университета Н. М. Розина – проректор Финансового университета при Правительстве Российской Федерации А. А. Шехонин – проректор Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики М. М. Радкевич – декан механико-машиностроительного факультета ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»
Н. Ю. Егорова – заместитель директора НМЦ УМО ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»
СЕКЦИЯ Энергетика, машиностроение, механика и процессы управления
ПРОБЛЕМЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТНЫХ РАБОТ
В СВЯЗИ С РЕФОРМИРОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Абдуллазянов Э. Ю., Митрофанов А. Д.Казанский государственный энергетический университет Процесс перестройки энергетики породил ряд проблем, которые требуют скорейшего решения. За десятилетия была отработана определенная схема ввода новых объектов. Ведущие проектные институты с прицелом на десятилетия вперед разрабатывали планы развития электроэнергетики, согласуя их с общими планами развития регионов страны, ставя при этом перспективные задачи производителям электрооборудования. Параллельно с типовыми проектами, которые доводились до всех профильных более мелких организаций, головными проектными институтами выполнялись серьезные научные исследования, чтобы идти в ногу со временем и использовать их в новых проектных решениях.
В сегодняшней ситуации проектные «мастодонты» распались на меньшие подразделения, не во всех случаях сохранившие свою квалификацию. На волне спроса (ввиду изношенности электрических сетей и длительного отсутствия денег на строительство новых объектов) появлялись и безымянные конторы, зачастую без производственного и тем более научного потенциала, но с нереальными амбициями и теневым ресурсом на получение работ любой сложности.
В последние годы внесены поправки к требованиям выполнения проектирования. Сегодня в связи с 87-ым постановлением проектная деятельность с двустадийного, как и ранее: первая стадия – «Утверждаемая часть», вторая часть – «Проект», перешла на новую систему, на первый взгляд без особых различий. При этом теперь требуется выполнять сначала стадию «Проект», где в общих чертах принимаются основные электротехнические решения, а только потом детализированный «Рабочий проект», где все принятые решения прорабатываются более детально.
По обыкновению в период между «Проектом» и «Рабочей документацией» проводятся конкурсы по выбору производителей оборудования.
Конкурсы из-за низкой технической квалификации набранных из экономистов конкурсных комиссий затягиваются с двух месяцев до полугода и более. Да и решения чаще всего принимаются не соответствующие планам и мыслям проектировщиков. Учитывая требования заказчиков к срокам выполнения работ, проектные организации, тем не менее, вынуждены продолжать работу в период проведения конкурсных процедур, тем самым обрекая себя на грядущие переделки.
Таким образом, у проектировщиков к основной работе прибавилось работы на корректировки проектов, так как каждый из производителей имеет свои конструктивные особенности, требующие внесения изменений в проект.
Понятие типовых проектов, которые позволяли не останавливаться на мелких деталях и повышать качество работ, практически ушло в прошлое. Тем самым обрекая практически каждую самостоятельную проектную организацию также самостоятельно наступать на одни и те же грабли.
К сожалению, итогом первых этапов реформы РАО «ЕЭС» можно считать то, что основными ориентирами стали не «качество», как раньше, а «сроки и стоимость», что и привело к перечисленным выше последствиям. Важно понимать, что в сложившейся ситуации даже в руках опытных профессионалов страдает стратегия развития. Особенно в период последствий расформирования РАО «ЕЭС», которое хоть и формально, но осуществляло централизацию активов и контроль за предприятиями Единой Энергетической Системы.
Пока не поздно, необходимо ужесточить государственный контроль за деятельностью подразделений электроэнергетики, и не только в вопросах, конечно же, важнейших сделок по продаже и передаче сетевых объектов и вопросах сокращения персонала, которые имеют место быть, но и в проблемных вопросах сопутствующих организаций, таких как проектные институты. Именно государство должно в целях повышения качества развития электроэнергетики объединить все сегменты отрасли. Важно вернуться к научно-техническим советам, обмену опытом между разрозненными подразделениями энергосистемы.
Необходимо разработать комплексную программу взаимодействия между ведущими проектными институтами, строительными компаниями, производителями энергетического оборудования, которые вместо того, чтобы совершенствовать свое развитие, топчутся на месте, самостоятельно делая одни и те же шаги в одном и том же направлении, часто некритически заимствуя друг у друга те или иные решения и повторяя одни и те же ошибки. При этом взаимодействие перечисленных направлений должно отладить именно государство.
Необходимость возрождения серьезных научно-исследовательских подразделений хотя бы в рамках головных проектных институтов не вызывает сомнений.
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 6 – 10 – 35 - 110 КВ Первые кабельные линии (КЛ) были проложены в 1883 г., и сегодня в сети города работают сотни километров кабелей дореволюционных прокладок, в том числе и кабели 20 кВ, которые были впервые проложены в 1914 году. На начало 2011 года в Санкт-Петербурге эксплуатируются примерно 19,5 тысяч км КЛ 0,4-6-10-35-110 кВ.
Ежегодно по разным причинам повреждается некоторое количество КЛ, в том числе и по причине коррозии металлических оболочек кабелей.
Доля таких повреждений значительна. Так, в 2010 году в сети 6 кВ повредилось 11 % КЛ от общего числа повреждений (в 2009-м – 16 %), а в сетях 10 кВ – 12 % (в 2009-м - 14 %). В сетях 35 кВ было 6 повреждений по причине коррозии свинцовых оболочек. В 2010 году было два случая коррозии свинцовых оболочек КЛ 110 кВ от блуждающих токов. Так как этот вид повреждений имеет не локальный характер, а распространяется по длине КЛ на десятки, а иногда и на сотни метров, объёмы ремонтов достаточно велики.
По видам коррозии мы различаем: почвенную, от блуждающих токов (часто они сопутствуют друг другу) и чисто химическую коррозию - фенольную. Фенольная коррозия встречается на кабелях, где защитные покровы при изготовлении обрабатывались продуктами каменноугольной смолы. Сейчас встречается крайне редко, так как такая пропитка прекращена.
Наилучшим образом зарекомендовали себя в отношении устойчивости к агрессивным грунтам и блуждающим токам кабели марок АСБ2л и АСБ2л Шв.
Анализ повреждаемости за 1985-2010 гг. выявил, что кабели с алюминиевой оболочкой повреждаются более чем в 6,3 раза чаще, чем кабели со свинцовой оболочкой. Коррозионные повреждения имеют примерно 800 КЛ 6 – 10 - 35 кВ со свинцовой и алюминиевой оболочкой. Во всех частях города насчитывается примерно 400 адресов, где отмечались случаи коррозионных повреждений КЛ.
Для защиты от блуждающих токов КЛ 6 – 10 - 35 кВ подключаются в совместные катодные защиты, которые осуществляются теми организациями, чьи инженерные подземные сооружения (водопроводные сети, газовые сети, тепловые сети) пересекают КЛ или идут параллельно.
Включение в систему совместной защиты КЛ производится через вентильные блоки, которые предотвращают перетекание токов из других защищаемых сооружений на оболочки КЛ. В настоящее время в эксплуатации находится 1120 блоков совместной защиты.
Для определения значений потенциала, возникающего на устройстве катодной защиты, в Ленэнерго в 1982 г. были произведены исследования, при которых ток короткого замыкания в одной из фаз кабельной линий 220 кВ достигал 25 800 А, при этом проводились измерения на всех сопутствующих металлических сооружениях.
При проектировании катодной защиты надо применять катодные станции, работающие в автоматическом режиме. Применение кабелей 10 кВ и выше с изоляцией из сшитого полиэтилена не снимает вопросы защиты от коррозии. «Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» требуют пересмотра, и дополнения в части применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
ЛОКАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА МОРФОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Основой данного метода является построение СТРУКТУРНОГО мОРФОЛОГИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА [1] организации системы управления.Для этого положим, что в распоряжении проектировщика имеется:
1. Конечное множество ES, элементы которого будем называть СТРУКТУРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ системы управления.
2. Разбиение S:1,...,G 2 E множества ES на МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ КЛАССЫ ПОДМНОЖЕСТВА,
H C W Q T P
S S S S S S S S S S S
Введем понятие:называется множество S 2E, причем такое, что для всех kS S (всех ВАРИАНТОВ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ) и для любого индекса g 1,...,G множество kS S g одноэлементное.
Следовательно, вариант структуры системы управления kS S является вариантом морфологической системы тогда и только тогда, когда k есть множество представителей структурных классов (подмножеств).
при этом чаще имеет место пересечение базовых подмножеств
S S S S S S S S
Таким образом, под структурным морфологическим пространством понимается непустое множество S дискретных точек kS, каждая из которых есть определенная комбинация способов программно–технически– коммуникационной реализации платформы системы управления.В практике синтеза структуры системы управления часто встречаются ситуации, когда еще до начала ее синтеза исключаются из рассмотрения заведомо нереализуемые варианты. В морфологическом пространстве S таким вариантам соответствуют запрещенные точки, исключаемые из дальнейшего анализа. Для задания множества таких точек используются МАТРИЦЫ БИНАРНЫХ ОТНОШЕНИЙ (СОВМЕСТИМОСТИ) kS между базовыми структурными ресурсами, образуемые совокупностью индикаторов совместимости k.ij; i j; i, j 1,G координат вектора kS, т. е. kS k.ij. Здесь каждой разнотипной паре координат вектора k ставится в соответствие индикатор их совместимости k.ij, равный:
Тогда при формировании варианта структуры системы управления k вместо выражения (2-2) следует использовать соотношение
S S S S S S S S S
где символом обозначена операция умножения, а матрица совместимости kS представляет собой треугольную матрицу следующего вида:элементы которой определяются по (3).
Изложенное позволяет реализовать ЛОКАЛЬНЫЙ ПОДХОД к решению задачи формирования структуры системы управления, когда исследованию подлежат только те варианты, которые находятся в некоторой морфологически упорядоченной окрестности заданной базовой точки (гипотетического прообраза) структурной схемы управляющей системы.
Формализуем этот подход, по ходу поясняя некоторые базовые понятия, используя материалы, изложенные в [2]. Итак:
ТОЧКА СТРУКТУРЫ
УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ – это некоторый уже существующий или гипотетический вариант структуры системы управления (обозначим его через 0S ), который обоснованно (т. е. в некотором смысле оптимально) соответствует техническим требованиям проектируемого объекта, при этом состояния базовых векторов m0S, h0S, c0S, w 0S, q0S, 0S p,0S, образующих прообраз 0S, удовлетворяют условию НОРМАТИВНОЙ МИНИМАЛЬНОСТИ:
S S S S S S S
зовых системных ресурсов, отвечающих условиям необходимости и достаточности для организации среды управления, при этом:
S S S S S S S S
ты kS структуры системы управления морфологически близкие к базовой которого ограниченного числа N0S предпочтительных вариантов.ченное подмножество 0S S, каждой точке kS 0S которого соответствует точка kS kS R n, где Rn – пространство векторных оценок каT чества вариантов kS k.1, k.2,..., k.V упорядоченных ЛЕКСИКОГРАФИЧЕСКИМ ОТНОШЕНИЕМ ПРЕДПОЧТЕНИЯ.
Определение 5. ЛЕКСИКОГРАФИЧЕСКИМ ОТНОШЕНИЕМ ПРЕДПОЧТЕНИЯ называется условный критерий упорядочения показателей 1S, 2S,..., LS, позволяющий, при условии установления отношений предпочтения между показателями, задать строгий линейный порядок 1, 2,..., L их использования, который определяет последовательность процедур выбора варианта kS по k.r, r 1, L в пространстве S.
kS ЛЕКСИКОГРАФИЧЕСКИ
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЕЕ
но одно из условий:Использование (7) позволяет из пространства S выбрать множество 0S лучших альтернатив kS, при этом решение данной задачи может быть представлено в виде «вложения» множества линейных порядков zS 0S S,r 1,L альтернатив по показателям качества 1S, 2S,..., LS.
0Sr k.r, k 1, N 0S по r называется упорядоченное множество вида:
новление линейного порядка среди элементов этих подмножеств по 2S, а на подмножествах с одинаковыми значениями по 2S – установление линейного порядка по 3S и т. д. в соответствии с приоритетами в последовательности критериев 1S, 2S,..., LS.
Определение 8. Вариант kS ЭКВИВАЛЕНТЕН jS, т. е. kS ~ jS, когда по каждому критерию rS, r 1, L kS и jS имеют одинаковые оценки:
Отношения (9) и (10) справедливы, если степень значимости (важности) r любого из критериев rS одинакова. При неодинаковости весов r показателей 1S, 2S,..., LS используется взвешенное упорядочение сопоставляемых вариантов при условии нормировки весов r :
при этом процедура сравнения двух вариантов выполняется в два шага.
Шаг 1. Первоначально все показатели качества 1S, 2S,..., LS приводятся к безразмерной нормализованной форме, когда лучшему значению качества соответствует величина 1.
Шаг 2. На этом шаге, используя метод «скаляризации» (линейной свертки), значение единого показателя многокритериальной оптимизации структуры системы управления определим по формуле:
Если при определении численных значений единого критерия JkS находятся несколько вариантов структур kS ( k 1, N0S ) с одинаковыми значениями JkS (или несколько подгрупп kS с одинаковыми JkS ), то в этом случае упорядочение альтернативных вариантов в каждой такой подгруппе производится в соответствии с правилом (8)-(9) лексикографических предпочтений при условии установления строгого линейного порядка 1S, 2S,..., LS использования частных критериев качества 1S, 2S,..., LS.
1. Zwicky F. Morphological astronomy. – Berlin, 1953. – 229 p.
2. Визильтер Ю. В., Желтов С. Ю. Сравнение и локализация фрагментов изображений с использованием проективных морфологий. // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2008, № 2. - С. 14-22.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ
ДЛЯ АКТИВНЫХ МОЩНОСТЕЙ
ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПАРАМЕТРА СХЕМЫ
ОАО «Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения»Распределение активных мощностей по ветвям энергосистемы может быть получено на основе решения следующей системы линейных уравнений:
где B – матрица узловых проводимостей, и P – векторы фазовых углов напряжений и активных мощностей соответственно.
Зависимость решения системы уравнений (1) от величины x, добавляемой к произвольному коэффициенту матрицы bk, j B, имеет вид:
где Aikj, Bikj, C kj – некоторые константы, не зависящие от x. Константы C kj зависят только от расположения элемента bk, j в матрице В, а константы Aikj, Bikj также и от номера «i» переменной.
Активная мощность Pim, перетекающая между узлами «i» и «m», является дробно-линейной функцией варьируемого параметра x:
где X im – реактивное сопротивление ветви, соединяющей узлы «i» и «m», Aim, Bim, C kj – константы, подлежащие определению, x – варьируемый паkj kj раметр, имеющий в нашем случае смысл изменения проводимости, вносимого активно-адаптивным устройством. Пользуясь соотношениями (3), можно определить потоки мощности между любыми узлами энергосистемы при изменении параметра x. Соотношения (3) могут быть с успехом использованы для решения задач оптимизации работы энергосистем.
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОНАПРЯЖЕННОСТИ
АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Эффективность атомных энергетических установок определяется энергонапряженностью, весогабаритными характеристиками, надежностью. Повышение эффективности тепловыделяющих сборок (ТВС) реакторных установок (РУ) возможно на основе внедрения новых технических решений, обеспечивающих повышение интенсивности теплосъема в конвективной области, повышения запасов до кризиса теплоотдачи. Эффективность ТВС РУ возможно улучшить также за счет использования альтернативных схем теплосъема.Устранение гидравлических неравномерностей по сечению ТВС В ТВС имеет место значительная неравномерность распределения подогревов теплоносителя по сечению. Для устранения тепловой неоднородности в ТВС, как правило, используют различные методы конструктивные элементы, предназначенные как для внутрикассетного, так и для межкассетного перемешивания теплоносителя в пределах активной зоны.
В ТВС перемешивание теплоносителя осуществляется, как правило, с помощью дистанционирующих решеток (ДР), снабженных различными элементами для перемешивания и турбулизации потока. Известно большое количество технических решений, направленных на улучшение перемешивания теплоносителя между ячейками, перемешивание по кассете и турбулизацию потока в отдельных ячейках. Для получения эффективного воздействия на поток, приводящего к значительному повышению КТП, необходимо чтобы конструкция дистанционирующей решетки позволяла, как улучшить перемешивание по сечению пучка, так и увеличить турбулизацию потока в отдельных ячейках. Внесение, каких либо конструктивных элементов требует экспериментальной проверки в условиях сборки с большим числом стержней. Расчетные методики, позволяющие оценить эффект от воздействия ДР на запасы до кризиса теплоотдачи отсутствуют.
Интенсификация теплосъема с теплоотдающих поверхностей твэл Для интенсификации теплосъема в однофазной области используются различные интенсификаторы: турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности, оребреные поверхности, закрутка потока спиральными ребрами, шнековыми устройствами, завихрителями, установленными на входе в канал. Интенсификация теплосъема достигается за счет генерации вихревых структур, однако при этом происходит диссипация энергии на этих структурах. Как правило, рост потерь энергии превышает рост коэффициента теплоотдачи. Для повышения интенсивности теплосъема в конвективной области на выпуклой теплоотдающей поверхности возможно использование взаимодействующих закрученных потоков.
Упрощенная схема взаимодействующих закрученных потоков в кольцевом канале показана на рис. 1. В данном случае второй закрученный поток это поток с шагом равным бесконечности (транзитный поток), [1]. Интенсификация теплообмена на выпуклой теплоотдающей поверхности в данном случае достигается за счет взаимодействия закрученного и транзитного потоков. Дополнительное повышение теплоотдачи возникает при взаимодействии закрученного потока с продольными ребрами и транзитного потока с кромками ребер, образующих закрученный потоком. Продольные оси этих вихрей под действием основного потока деформируются и в пределе совпадают с направлением вектора основного потока. Взаимодействие транзитного и закрученного потоков приводит к дополнительной генерации вихрей в межреберном пространстве, причем, интенсивность вихрей выше интенсивности основного закрученного потока. Действительно, размер вихрей основного закрученного потока порядка d/2, а тангенциальная скорость W (d/T)U, где U - продольная составляющая скорости.
Радиус вихрей в межреберном пространстве намного меньше d и равен r h, где h-высота ребра. В связи с этим, величина центробежных ускорений g W2/r W2/(d/2). На рис. 1 показана зависимость коэффициента теплоотдачи на выпуклой теплоотдающей поверхности кольцевого канала с закруткой и транзитным потоком от температуры воды для массовой скорости 500 кг/м2с. Как видно из рисунка, на котором для сравнения нанесены значения вп для гладкого кольцевого канала с теми же геометрическими размерами dг, dвп, dвн, в зависимости от величины h значения вп по сравнению с гладким кольцевым каналом в 23 раза выше.
1 - h = 0,25; 2 - h = 0,5; 3 - h = 0,75; 4 – гладкий кольцевой канал В сборках процессы образования вихревых структур при взаимодействии закрученных и транзитных потоков, движущихся вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей усложняются, но в целом следует ожидать, что эффект от взаимодействия закрученного и транзитного потоков будет аналогичен. На рис. 2 показан один из возможных вариантов выполнения сборки, в которой реализуется взаимодействие закрученного и транзитного потоков. С этой целью закручивающие устройства установлены по отношению к теплоотдающим поверхностям твэл с зазором, зазоры образованы путем установки фиксирующих элементов на поверхности твэл или путем закрепления фиксирующих элементов к закручивающим устройствам со стороны твэл [4].
1 - продольные ребра, 2 - закручивающее устройство, 3 - тепловыделяющий элемент, 4 - дистанционирующая решетка Таким образом, использование взаимодействующих закрученных потоков позволяет повысить интенсивность теплосъема и КТП на выпуклой теплоотдающей поверхности твэл. При оптимальном соотношении закрученных потоков возможно получить увеличение теплоотдачи не сопровождающееся опережающим ростом потерь на трение.
Рассмотрим альтернативную схему теплосъема. В РУ с альтернативной схемой теплосъем в твэлах осуществляется как с наружной поверхности твэл (традиционное исполнение), так и с внутренней теплоотдающей поверхности, рис. 3. В этом случае твэлы выполняются полыми, в частности, трубчатыми 4. Предлагаемая схема теплосъема обладает преимуществами, имеющими место в ТВС со стержневыми твэлами – на основе Рис. 3. Трубчатый тепловыделяющий элемент c двухсторонним теплосъемом.
1 - наружная оболочка твэл; 2 - топливо; 3 - внутренняя оболочка твэл:
4 - внутритвэльное пространство, ВП; 5 - межтвэльное пространство, МП;
6 - отверстия, обеспечивающие гидравлическую обратную связь;
до поверхности твэл с максимальной температурой таких твэлов можно выполнить ТВС любой мощности. Вместе с тем, эта схема теплосъема обладает преимуществами, имеющими место в ТВС с концентрическими кольцевыми зазорами – обеспечивается обратная тепловая связь между вогнутой и выпуклой теплоотдающими поверхностями твэла. В ТВС с трубчатыми твэлами 4 повышение энергонапряженности и снижение максимальной температуры топлива достигается за счет:
1. Увеличения поверхности теплосъема – теплосъем осуществляется как с наружной (выпуклой), так и с внутренней (вогнутой) теплоотдающих поверхностей.
2. Образования тепловых обратных связей между выпуклой и вогнутой теплоотдающими поверхностями. Любое ухудшение теплосъема на одной из поверхностей приведет к перераспределению тепловых потоков, смещению максимума теплового потока к одной из поверхностей, улучшению тепловой обстановки на поверхности, где ухудшились условия теплосъема.
3. Образования гидравлических обратных связей. Гидравлическая обратная связь (в случае необходимости) реализуется путем перетоков теплоносителя через отверстия из внутренних полостей твэлов в межтвэльное пространство (или наоборот). Этим самым теплоноситель перемешивается по сечению ТВС, улучшая теплосъем с теплоотдающих поверхностей.
На рис. 3 показан трубчатый твэл с двухсторонним теплосъемом, реализующий как обратные тепловые, так и гидравлические связи.
В настоящее время на стенде ТВС МЭИ (см. доклад на данной конференции) ведутся работы по обоснованию новых технических решений, направленных на повышение эффективности атомных энергетических установок.
1. Патент России 1540426 МКИ3F28F13/12. Теплопередающее устройство / Э. А. Болтенко // Заявка № 4423162/24-06 от 07.05.88. Открытия.
Изобретения. 1992. № 31.
2. Болтенко Э. А. Кризис теплообмена в кольцевых каналах с закруткой потока // Теплоэнергетика, 2003, № 11.с. 25-30.
3. Патент России 2295785 МПК3G 21С 3/34, F28 F 13/12. Тепловыделяющая сборка /Э. А. Болтенко // Заявка № 2005108295 от 24.03.2005.
Бюл. № 8. 2007 г.
4. Блинков В. Н., Болтенко Э. А., Елкин И. В, Мелихов О. И., Соловьев С. Л. Перспективы использования кольцевых твэлов в атомной энергетике // Теплоэнергетика. 2010,.№ 3. С.28-33.
КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ
Известно, что энергоустановки, использующие возобновляемые источники энергии требуют доработки и имеют недостатки (непостоянство работы из-за переменчивости погоды, конструктивное несовершенство).Компенсировать этот недостаток можно путем применения комбинированных установок. Гибридная энергоустановка позволит обеспечить электроэнергией удаленный социальный или сельскохозяйственный объект. Сочетание использования энергии солнца и ветра позволит в течение календарного года обеспечивать потребителей электроэнергией. Климат Северо-Западного региона таков, что с апреля по сентябрь преобладает солнечная энергия, а в оставшийся период интенсивно возрастает действие ветров. В случае отсутствия природных факторов, необходимых для работы энергоустановки, использующей энергию ветра и солнца, необходимо будет воспользоваться аккумуляторами энергии или резервным источником (дизельным или бензиновым генератором).
Комбинированная установка состоит из ветроэнергетической установки УВЭ 500 (рис. 1) и солнечных модулей (солнечные батареи) MSW – 65/40 DS (рис. 2).
Рис. 1. Установка ветроэлектрическая УВЭ Установка установлена на крыше одного из корпусов Псковского государственного университета, подключена через штатный блок управления к активной нагрузке (ТЭН) сопротивлением 1,92 Ом (номинальная мощность 300 Вт) и аккумуляторам. С помощью заглушек можно отключить солнечный модуль или ветроэнергетическую установку, что позволяет производить замеры по отдельности для каждой установки. Излишки нагрузки могут преобразовываться в тепло с помощью подключаемого блока ТЭН. Аккумуляторы позволяют накапливать энергию и расходовать ее по мере необходимости при отсутствии или при недостаточной энергии солнца и ветра (пасмурная или облачная погода, небольшие скорости ветра). Блок управления имеет выходные характеристики в виде постоянного тока напряжением 12 В и 24 В или совместно с преобразователем напряжения 24/220 В 50 Гц для питания бытовых нагрузок.
Расположение ветроэнергетической установки на крыше строения позволяет повысить КПК и эффективность работы, снижает безопасность и шумовой эффект. Основные характеристики ветроэнергетической установки: максимальная мощность – 500 Вт, выходное напряжение генератора при номинальной нагрузке – 24…30 В, рабочий диапазон ветров м/с, высота мачты 4,5 метра, диаметр ветроколеса 2,2 метра.
Двусторонние солнечные модули преобразовывают энергию света, как с лицевой, так и с тыльной стороны. Это позволяет тыльной стороне использовать энергию отраженного света. Тыльная сторона модуля получает энергию, отраженную от поверхности воды или земли (например, от светлого песка или снега). Основные характеристики солнечных модулей:
максимальная мощность лицевой стороны – 65 Вт и тыльной – 40 Вт, номинальное напряжение – 12 В, габаритные размеры – 1080 х 550 х 38 мм.
За счет использования модулей с двухсторонней чувствительностью можно получить примерно на 15-20 % больше энергии с заданной площади модуля. Это ведет к меньшей материалоемкости фотоэлектрической батареи и к меньшей стоимости системы в целом.
Однако более важным преимуществом таких модулей является практическая прозрачность для инфракрасного излучения. Вследствие этого, двусторонние модули меньше нагреваются в реальных условиях и, следовательно, имеют меньшие тепловые потери по сравнению с односторонними модулями. Поэтому, в отличие от модулей других производителей, двусторонние модули в реальных условиях выдают большую мощность за счет меньшего нагрева (обычно в летнее время их температура не превышает 40-50 градусов против 50-60 градусов Цельсия у обычных модулей).
Для преобразования и накопления электроэнергии поступающей от установки ветроэлектрической и солнечных модулей их подключают к блоку управления. Схема подключения показана на рис. 3.
Рис.3. Схема подключения составных частей установки К разъему генератор подключается ветроагрегат УВЭ 500;
К разъему аккумулятор подключается два аккумулятора напряжением по 12 В.;
К разъему солнечная батарея подключается 4 солнечного модуля MSW – 65/40 DS;
К разъему ТЭН подключается активная нагрузка ТЭН сопротивлением 1,92 Ом (номинальная мощность 300 Вт);
К разъему нагрузка подключается социальный или сельскохозяйственный объект (теплица, дачный домик и т. п.).
Могут быть предусмотрены три режима работы комбинированной установки:
тания электроприборов постоянного тока;
- автономный - прямое подключение к нагрузке, не требующей стабилизации напряжения;
- совместно с преобразователем напряжения (инвертором) - питание бытовых приборов.
Анализ данных показал, что комбинированная энергетическая установка на возобновляемых источниках энергии (солнце, ветер) может в должной мере обеспечить социального или сельскохозяйственного потребителя электроэнергией в течение календарного года. В качестве резервного источника рекомендуется использовать бензиновый источник небольшой мощности (1-3 кВт). Он позволит в случае пасмурной погоды и при отсутствии ветра (на протяжении длительного времени), обеспечить энергией потребителя. Другими достоинствами комбинированных установок являются: повышение надежности энергообеспечения удаленных объектов, сокращение потребления органического топлива, уменьшаются затраты на транспортировку топлива, экологическая чистота.
1. Саплин Л. А., Шерьязов С. К., Пташкина-Гирина О. С., Ильин Ю. П. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников / Челябинск, 2000.
2. Шевельков В. В., Былеев А. С. Труды псковского политехнического института № 14.3 / Статья. Анализ климатических условий Псковской области для возможности использования НВИЭ / Псков: изд-во ППИ, 2011.
СИСТЕМЫ ТЕМПЕРАТУРНОГО МОНИТОРИНГА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ.
ПОКАЗАТЕЛИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
В настоящий момент в России активно реализуются задачи, поставленные перед электроэнергетикой федеральным законом № 261 от 23.11.09 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности». В связи с этим появилась потребность по внедрению гибких систем передачи электроэнергии, а также по совершенствованию комплексов автоматической аварийной защиты и диспетчерского управления. Наличие мощной системы автоматизированного управления энергосистемами на региональном уровне и уровне предприятий позволит стать базой для дистанционного управления энергетикой, которая послужит основой для создания «умных» сетей в России.В мировой практики широкое применение получили Smart Grid, отдельное направление преобразования электроэнергетики. С использованием этой системы предполагается объединить электрические сети, потребителей и производителей электроэнергии в единую автоматизированную систему, которая будет иметь свойства самодиагностирования и самовосстановления. Такая система будет способная самостоятельно выявлять наиболее уязвимые зоны работы сети и устранять их. Системы Smart Grid в настоящее время получают все больше внимания и в России.
Основное проблемой надежного электроснабжения в нашей стране является износ действующего энергетического оборудования. В этой связи, для эффективной передачи и распределения электрической энергии, необходимы надежные и современные кабельные линии.
Один из способов обеспечения надежной работы кабельной системы это мониторинг температуры фаз кабеля по всей его длине. Необходимость применения систем мониторинга распределенной температуры кабельной линии, подтверждается опытом разных стран и требованиям к эксплуатации кабельных линий в современных реалиях электроэнергетики.
Такая система помогает эксплуатационным организациям в решении целого ряда задач:
- снижение количества перебоев в электроснабжении и системных аварий;
- оперативное реагирование на перегрузки;
- выявление скрытых резервов существующих мощностей;
- прогнозирование срока эксплуатации.
Стоит заметить, что температура жил кабеля зависит от множества факторов, например, от условий прокладки, поэтому ключевым элементом современных систем распределенного изменения температуры кабеля является оптическое волокно.
Сбор и анализ данных по температуре по длине кабельной линии дает картину процессов, происходящих в линии, что позволяет более рационально использовать кабельные сети в различных режимах работы.
Температурный мониторинг кабельных сетей с использованием волоконно-оптических датчиков, позволяет сделать сеть «умной», способной диагностировать различные параметры, влияющие на надежность работы всей системы. Системы температурного мониторинга в настоящее время являются одной из важных составляющих вышеупомянутых систем Smart Grid, их развитие и повсеместное применение позволяет более эффективно управлять энергосистемой.
Таким образом, можно сделать вывод, что изучение и совершенствование систем температурного мониторинга кабельных линий является важной задачей для достижения высоких целей, поставленных перед энергетическим комплексом России.
1. Кобец Б. Б., Волкова И. О. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid. –М.:ИАЦ Энергия, 2010. – 208 с.
2. Якунин А. В. Температурный мониторинг. КАБЕЛЬ-news, 2010.
3. Smart Power Grids – Talking About Revolution. IEEE Emerging Technology Portal, 2009.
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
При проектировании сложных цифровых САУ возникают проблемы стыковки частей цифровой САУ, реализованных на многих языках [2].Использование многих языков в проектировании снижает производительность труда в области автоматизации технологических процессов, надежность и безопасность проектируемых цифровых САУ.
В этой работе [1] ставится задача создания на современных микропроцессорных средствах системы автоматизированного проектирования цифровых систем автоматического управления (САПР цифровых САУ), комплекса программных средств проектирования систем цифрового управления (ПСПСЦУ) на основе концепции применения единственного языка – языка блочного проектирования схем.
Даны грамматические определения составных частей языка, включая алфавит, виды и форматы сигналов, адресацию, синтаксис и семантику языка блочного проектирования и символьного описания схем. На основе анализа математических методов теории автоматического управления и ее практических приложений определен состав терминальных выражений (основного состава функциональных модулей) языка блочного проектирования схем цифровых САУ. Представлена архитектура программной среды проектирования и отладки цифровых САУ на основе комплекса ПСПСЦУ.
Создание САПР цифровых САУ с языком блочного проектирования схем цифровых САУ технологическими процессами позволит:
- разрабатывать любые цифровые САУ, не привлекая дополнительные языковые средства типа SFC, IL, ST, FBD, LD, CFC, FCL (IEC 61131-3:2003, IEC 61131-7:2000, IEC 61499-1:2005) с различающимися грамматиками [3, 4];
- значительно повысить производительность труда разработчиков цифровой САУ и ее эксплуатационного персонала;
- существенно снизить затраты на поддержание собственного жизненного цикла комплекса ПСПСЦУ;
- повысить уровни технологической безопасности автоматизируемых производств;
- решать комплексы связанных между собой задач автоматического управления различного характера в составе одной и той же цифровой САУ с использованием одного и того же языкового средства;
- расширить круг пользователей, способных ставить, решать и сдавать «под ключ» свои задачи в АСУ ТП.
Концепция разработки комплекса ПСПСЦУ основана на:
- создании языка, учитывающего в своей грамматике терминологию теории и практики управления, терминологию специалистов по автоматизации технологических процессов, традиционную форму наглядного (блочного) представления схем систем управления;
- определении состава стандартных функциональных модулей на основе анализа математических методов различных разделов теории автоматического управления;
- отказе, при использовании функциональных модулей в синтезе цифровых САУ, от использования меток, операций условных и безусловных переходов, ветвления, выбора, цикла, составных операторов и макросов, которые применяются в классических языках программирования всех уровней и во всех средах программирования по стандарту IEC 61131-3:2003;
- технике подключения функциональных модулей друг к другу при синтезе цифровых САУ подобно тому, как это осуществляется в конструировании изделий схемотехники;
- отказа от использования косвенных вызовов подпрограмм функциональных модулей и операций, рекурсии, перегрузки, наследования, входов по умолчанию, процесса компиляции при проектировании цифровых САУ.
Комплекс ПСПСЦУ можно использовать для решения в составе проектируемой системы управления задач:
- ввода и вывода аналоговых, дискретных и числоимпульсных сигналов в централизованных системах управления;
- преобразования сигналов после ввода и перед выводом;
- непосредственного цифрового управления;
- одно- и многоканального регулирования;
- каскадного и многосвязного управления;
- нелинейных преобразований сигналов;
- нечеткого управления;
- реализации схем логического управления с использованием устройств дискретной автоматики;
- идентификации динамики управляемых каналов;
- синтеза цифровых регуляторов;
- адаптивного и оптимального управления;
- индикации, коммутации, размножения, согласования сигналов… Таким образом, специалист по автоматизации при использовании комплекса ПСПСЦУ будет иметь возможность решать свои задачи от постановки до внедрения и сдачи в промышленную эксплуатацию без участия квалифицированного программиста. Декларирование и присвоение начальных значений сигналов входов и выходов блоков функциональных модулей схем цифровых САУ будет осуществляться заданием адресов этих сигналов в клеммниках соответствующих типов и видов в форме, принятой в практике монтажа средств КИПиА на разъемах в шкафах и навесных каркасах.
1. Коневцов В. А. САПР цифровых САУ. Концепция: Монография.
Псков: Издательство ППИ, 2011. – 256 с.
2. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова.
– М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. – 256 с.
3. Wellenreuther G., Zastrow D. Automatisierung mit SPS- Theorie und Praxis.- Vieweg + Teubner Verlag, 5. Auflage, 2011, S. 870.
4. John K. H., Tiegelkamp M. SPS-Programmierung mit IEC 61131-3. – Springer Verag, 3. Auflage, 2008, S. 398.
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Санкт-Петербургский государственный университет В настоящее время во всем мире в силу экономических и экологических проблем наблюдается повышенный интерес к альтернативным источникам энергии, в частности, к ветроэнергетике. Появляется большое количество новых и хорошо забытых старых технических предложений, но в новом конструктивном исполнении.В данной работе авторами рассмотрены основные этапы проектирования ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой мощности (до 5 кВт).
Рассмотрены основные варианты конструкций лопастей ветрогенераторов двух типов исполнения: с горизонтальной осью вращения и вертикальной, приведены оценочные размеры лопастей для заданных мощностей (рис. 1).
Рис. 1. Оценочные размеры лопастей ветроколеса Также в работе рассмотрены варианты исполнения ветрогенераторов с использованием высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), возможности сочетания нескольких ВТСП ветрогенераторов с целью уменьшения площади, занимаемой ВЭУ.
Рассмотрены вопросы, связанные с оптимизацией конструкции сечения лопасти, поскольку они находятся в разных энергетических состояниях из-за различия в них окружных скоростей и углов атаки. Это различие значительно снижается благодаря скрутке сечений лопасти одного относительно другого.
Рассмотрены особенности инерционного нагружения лопасти, а также целесообразность сужения ее профиля к концу лопасти. Кроме того, рассмотрены вопросы сборки лопасти вертикально-осевой ВЭУ из отдельных секций, что представляет значительную трудность ввиду необходимости организации фланцевых стыков.
Оценено изменение значения снимаемой энергии по длине лопасти вертикально-осевой ВЭУ, причем это изменение зависит только от изменения качества энергии ветрового потока: наличия порывов ветра, непостоянства скорости ветра по высоте. Также, рассмотрены причины потерь снимаемой энергии - неоптимальные углы атаки, в разных положениях лопасти на окружности вращения, падение моментов вращения ветротурбины в положениях, когда лопасть движется вдоль потока, и снижение моментов вращения от лопасти, проходящей аэродинамическую тень башни.
В ходе работы получены следующие выводы:
1. Количество лопастей не оказывает влияния на значение установленной мощности;
2. Мощность ВУ определяется исключительно скоростью ветра, геометрическими размерами ротора (ветроприемного устройства) и эффективностью использования энергии ветра.
1. Логинов В. Б., Новак Ю. И. Высокоэффективные ветроэнергетические установки / Проблемы машиностроения и автоматизации. 1995. № 1-8.
2. Подгуренко В. С., Бордюгов В. Н. Об ошибочных утверждениях, дискредитирующих ветроэнергетику // Энергетика и электрификация. – К., 2000. - № 12.- С. 49-53.
СЕБЕСТОИМОСТЬ ОБРАБОТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МЕХАНИЗИРОВАННОГО НАЛАДОЧНОГО
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Для изготовления одних и тех же деталей могут применяться различные конструкции станочных приспособлений, обеспечивающих требуемое качество обработки. Однако, данные приспособления будут отличаться по производительности и стоимости.При выборе и проектировании приспособления необходимо сравнивать различные варианты конструкций на основе технико-экономического анализа, суть которого заключается в определении себестоимости обработки заготовки в приспособлении.
В современном машиностроении наиболее широко применяются механизированные приспособления: пневматические и гидравлические. Применение пневматических и гидравлических приводов обеспечивает возможность повышения производительности и качества обработки.
Одной из разновидностей механизированных приспособлений являются наладочные. Сменные наладки расширяют технологические возможности базовой части приспособления.
При определении себестоимости обработки с применением подобных приспособлений, как правило, недостаточно сведений, указанных в традиционной и современной литературе по технологической оснастке.
Анализ компоновочной схемы механизированного наладочного приспособления позволил сформировать формулу для расчета себестоимости технологической операции, выполняемой с применением данного вида приспособлений:
где LЗ – основная заработная плата рабочего, приходящаяся на одну заготовку, руб.; Z – процент цеховых накладных расходов, %. N – годовая программа выпуска деталей, шт.; Aн – себестоимость изготовления сменной наладки, руб.; iсн – срок службы сменной наладки, годы; g э – коэффициент затрат на эксплуатацию; S н – расходы на конструирование и отладку сменной наладки, руб.
Расходы на конструирование и отладку сменной наладки:
где g пн – коэффициент проектирования сменной наладки.
P – годовые затраты на эксплуатацию приспособления с различными типами приводов, руб. В общем случае годовые затраты складываются из затрат на эксплуатацию базовой части приспособления, привода и источника давления.
Расчетные зависимости годовых затрат на эксплуатацию механизированных универсальных, специализированных и специальных приспособлений с различными приводами приведены в [1]. Однако, данные зависимости содержат лишь готовые значения коэффициентов, а, значит, могут быть применимы только для идентичных начальных условий.
Анализ данных коэффициентов позволил получить аналитические зависимости для каждого из них, что позволяет рассчитать годовые затраты для механизированных приспособлений при варьирующихся исходных данных.
Затраты на проектирование и эксплуатацию специальных приспособлений:
где A – стоимость механизированного приспособления, руб. Здесь для специальных приспособлений нормативный срок амортизации принят два года ( iс 2 ), расходы на содержание – 20 % от стоимости приспособления ( g э 0,2 ), а затраты на проектирование – 30 % от стоимости приспособления ( g п 0,3 ).
Затраты на эксплуатацию универсальных и специализированных приспособлений:
Затраты на эксплуатацию источников давления ( Pист ) и двигателей ( Pпр ):
где Aпр – стоимость привода, руб.; C ист – стоимость источника давления, руб.
На этапе проектирования для сравниваемых вариантов приспособлений стоимость привода и источника давления следует определить по укрупненным нормативам данных.
Источник гидравлического или пневматического давления может быть встроен в станок, на котором установлено приспособление, т. е. являться узлом этого станка или быть стационарным независимым, например гидравлический мотор, пневмогидроаккумулятор или компрессорная станция.
В случае использования в приспособлении пневматического привода удельные затраты на подвод сжатого воздуха малы и ими можно пренебречь. Тогда в формулах для расчета годовых затрат на эксплуатацию пневматических приспособлений можно не учитывать стоимость источника давления C ист.
Если в приспособлении применяется гидравлический привод, то стоимость источника давления следует определять по известной методике расчета стоимости специального приспособления [2].
Для приближенных вычислений вместо расчета стоимости источника давления можно использовать его цену. Однако, в этом случае нарушается принцип единства метода расчета, и результат может оказаться менее точным. Использование цены источника давления вместо его расчетной стоимости приемлемо для расчета технико-экономических показателей универсальных приспособлений со стандартными приводами, цены которых также заранее известны.
1. Кузнецов Ю. И. Станочные приспособления с гидравлическими приводами / М.: Машиностроение, 1972.
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ПОДЪЕМНИКА
В настоящее время расширяется выпуск оборудования, предназначенного для автомобильных мастерских, в частности – разнообразных подъемников, конструкции которых не отвечают критериям оптимальности, а зачастую и работоспособности, несмотря на пройденные процедуры сертификации. В частности, используется следующая конструкция подъемника малой грузоподъемности (от 200 кГ до 500 кГ) с центральной балкой и подкосом.Нагрузка P воспринимается стрелой (4), закрепленной на основной балке (2) и удерживается гидроцилиндром (5). Положение в начале подъема Полагая известными длины компонентов, найдем реакции в подкосе и балке, решая систему уравнений равновесия Заметим, что реакции не зависят от размеров компонентов и что проекции реакции подкоса R 2 на балку и перпендикулярно ей составляют, соответственно: R 2h R 2 cos, R 2v R 2sin, откуда:
Таким образом, поперечная нагрузка оси балки от закрепленного подкоса зависит только от угла наклона балки, а осевая – еще и от угла установки подкоса.
Расчет нагрузок стрелы и гидроцилиндра имеет ряд особенностей, так как длина гидроцилиндра меняется при подъеме стрелы (предполагаем, что подъем происходит от угла до горизонтального положения стрелы).
Заметим, что D и по теореме косинусов длина гидроцилиндра составит:
Заменяя гидроцилиндр его реакцией, запишем уравнение моментов относительно шарнира D: P DF cos R3 DE cos sin, откуда:
Из (1.4) следует, что максимальная реакция в гидроцилиндре возникает при горизонтальном положении стрелы, что позволяет несколько упростить последующие выкладки, принимая 0. Тогда получим длину гидроцилиндра GE DG 2 DE 2 2 DG DE cos.
Определим недостающие углы треугольника DEG по теореме синуGE DE DG образований получим:
зонтального положения стрелы окончательно получим:
DF DE DF
Наиболее опасными для балки и стрелы являются изгибающие напряжения, причиной которых являются проекции реакций, перпендикулярных оси балки. Так, для стрелы имеем – см. рис. 3.Рис. 3. Эпюра изгибающих моментов стрелы подъемника Для основной балки возможны две ситуации: подкос закреплен (точка C) выше гидроцилиндра (точка G) или ниже, что соответствует двум возможным эпюрам – см. рис. 4.
Рис.4. Эпюра изгибающих моментов 1. Артоболевский И. И., Теория механизмов и машин: Учебник для втузов, М.: Наука. 1988 – 640 с.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ИСЧЕРПАЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
На сегодняшний день углеводородные ресурсы признаны исчерпаемыми и постоянной истощаются. Постоянное увеличение потребления углеводородных ресурсов способствует сохранению данного вида сырья в производстве энергии уже в обозримой перспективе.Данная ситуация характерна и для России, чьи запасы углеводородного сырья постоянно истощаются. Даже с учетом новых открытых месторождений мы не можем уверенно говорить о том, что данный энергетический ресурс с уверенностью покроет все энергетические потребности нашего государства и планеты в целом в ближайшем будущем.
Проанализируем запасы основного вида сырья в России, широко используемого на данный момент для производства энергии.
Сегодня Россия занимает 8 место в мире по разведанным запасам нефти, ее объем составляет 79 млрд. баррелей, что эквивалентно, примерно 10.5 млрд. тонн, причем по темпам добычи мы уже обогнали Саудовскую Аравию с ее запасами около 37 млрд. тонн нефти1. По данным минэкономразвития в 2010 году в России будет добыто 499 миллионов тонн сырой нефти. При таких темпах ее добычи Россия, как держава, лишится нефтяных запасов через 21 год.
Похожая ситуация обстоит с запасами газа. На сегодняшний день разведанные запасы этого ресурса в России являются крупнейшими в мире и составляют 43.3 трлн. куб. м2. Однако и по его добыче Россия так же занимает одно из ведущих мест в мире. Добыча газа в 2010 году составила Разведанные запасы газа. [электронный ресурс]: сайт Информация. Страны мира. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://iformatsiya.ru/tabl/30-zapasy-nefti.html – Загл. с экрана.
Разведанные запасы газа. [электронный ресурс]: сайт Информация. Страны мира. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://iformatsiya.ru/tabl/33-zapasy-gaza-razvedannyezapasy-gaza-v-mire.html – Загл. с экрана.
582 млрд. куб. м. При таких темпах его добычи газовые ресурсы исчерпаются примерно через 74 года.
В мире сегодня ежегодное его потребление составляет уже более 2000 млрд. м3 и увеличивается на 2.3 % в год.
Продемонстрируем динамику истощения запасов газа при постоянном росте его потребления на рис. 1.
По прогнозам МЭА3, российский валовый спрос на первичную энергию до 2030 года будет расти на 1.4 % в год при росте ВВП в 3 % в год и уменьшении энергоемкости на 1.6 % в год. Для прогнозируемого специалистами роста ВВП экономика должна расти еще более высокими темпами. Это также говорит о целесообразности развития возобновляемых источников энергии4.
Развитие возобновляемой энергетики будет способствовать решению экономических, экологических и социальных проблем. Это особенно относится к регионам с дефицитом традиционных источников энергии.
МЭА – Международное энергетическое агентство Оценки ресурсов возобновляемых источников энергии в России. // Ю. С. Васильев, В. В. Елистратов, П. П. Безруких, Г. И. Сидоренко, СПбГПУ,
ИННОВАЦИОННАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ
РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ НА ОСНОВЕ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ И ТЕХНОЛОГИЙ
Интеллектуальные энергетические системы (ИЭС) с активноадаптивной сетью являются органической частью современного технологического уклада информационной экономики, в которой основными факторами производства являются интеллектуальный капитал и информация.В настоящее время в большинстве индустриально-развитых стран мира и в России созданы интеллектуальные технологии и промышленно выпускаются компоненты и решения, необходимые для создания надежных, безопасных и эффективных ИЭС.
Экономическая стратегическая цель создания ИЭС состоит в возможности ведения наиболее надежного, безопасного и энергоэффективного режима работы ЭЭС в любой реальный момент времени при любых меняющихся условиях их внешней и внутренней среды. Помимо операционной эффективности внедрение ИЭС позволяет существенно сократить инвестиционные ресурсы компаний вследствие отказа от ввода новых станций из-за снижения электропотребления и уменьшения пиковых нагрузок при интеллектуальном управлении спросом на электроэнергию.
Экспертные оценки показывают, что снижение пика нагрузки энергосистем США на 5 % вследствие применения интеллектуальных систем и его регулирования позволит экономить до 66 млрд. долл. инвестиций в течение ближайших 20 лет, а установка «умных» технологий управления спросом на энергию в жилищном секторе страны может обеспечить дополнительно экономию до 325 млрд. долл. в течение этого периода. По данным ФСК ЕЭС, построение ИЭС позволит уменьшить потери в российских электрических сетях всех классов напряжения на 25 %, что даст экономию порядка 35 млрд. кВт·ч в год. Такой объем энергии в течение года вырабатывается несколькими электростанциями суммарной мощностью 7,5 ГВт. По оценкам экспертов РАН, за счет развития такой интеллектуальной сети можно уменьшить потребность в новых мощностях на 22 ГВт.
Почти на 35 млрд. долл. можно снизить объем инвестиций в развитие сетевой инфраструктуры за счет увеличения пропускной способности сетей по новым интеллектуальным технологиям.
Новый инновационный технологический базис ИЭС включает в себя пять групп ключевых областей, обеспечивающих прорывной характер:
- измерительные приборы и устройства, в первую очередь, интеллектуальные счетчики и датчики;
- усовершенствованные методы управления: распределенные интеллектуальные системы управления и аналитические инструменты для поддержки коммуникаций на уровне объектов ЭЭС, работающие в режиме реального времени и позволяющие реализовать новые алгоритмы и методики управления ЭЭС, включая управление ее активными элементами;
- усовершенствованные технологии и компоненты электрической сети: гибкие передачи переменного и постоянного тока, сверхпроводящие кабели, полупроводниковая силовая электроника, накопители энергии;
- интегрированные интерфейсы и системы поддержки принятия решений, управление спросом, распределенная система мониторинга и контроля, распределенная система текущего контроля за генерацией, автоматическая система измерения протекающих процессов, а также новые методы планирования и проектирования как развития, так и функционирования электроэнергетической системы и ее элементов;
- интегрированные коммуникации, позволяющие элементам первых четырех групп обеспечивать взаимосвязь и взаимодействие друг с другом.
Поступательное развитие интеллектуальной электроэнергетики в нашей стране становится ключевым фактором повышения конкурентоспособности и гарантией устойчивого экономического роста на основе инновационной модернизации.
1. Волкова И. О., Окороков В. Р., Окороков Р. В., Кобец Б. Б. Концепция интеллектуальных энергосистем и возможности ее реализации в российской электроэнергетике. М.: ИНП РАН, 2011.- 65 с.
2. Задорожний А. В., Окороков Р. В. Актуальные проблемы развития электроэнергетики России // Экономические реформы в России: Сб. науч.
трудов. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010.- С. 92-98.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРКАХ
ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
В настоящее время в большинстве реакторных установок атомных электрических станций (АЭС) используются стержневые твэлы, собранные в тепловыделяющие сборки (ТВС). Основной недостаток таких ТВС заключается в сравнительно низких значениях удельной объёмной мощности реакторных установок и высоких температурах в центре твэлов.В рамках образовательной программы в НИУ «МЭИ» создан экспериментальный стенд, предназначенный для получения базы экспериментальных данных по гидродинамике и теплообмену в перспективных ТВС ядерных реакторов, к которым относятся трубчатые твэлы и микротвэлы.
Схема теплогидравлического контура представлена на рис. 1. Технологическая система (ТС) стенда позволяет проводить экспериментальные исследования при параметрах, соответствующих штатным в реакторах ВВЭР-1000. В состав ТС входят гидравлический контур с элементами нагрева и охлаждения, электротехническое силовое оборудование, автоматизированные средства измерений и управления, система сбора и обработки информации, а также высокочастотная система индукционного нагрева (ВСН), построенная на базе генератора ВЧГ 9-60/0,44. ВСН обеспечивает нагрев шаровой засыпки из металлических шариков, моделирующей ТВС с микротвэлами.
При выполнении исследований регистрируются следующие параметры: давление, перепад давлений, температура воды на входе и выходе из рабочего участка, температура стенки рабочего участка, расход теплоносителя, мощности вспомогательных нагревателей и мощности, выделяемой на рабочем участке, а также технологические параметры необходимые для управления стендом.
(1 - рабочий участок, 2 - циркуляционный насос, 3 - компенсатор давления, 4, 5 - электрические нагреватели, 6 - балон с газом, 7 - экономайзер, Ниже приведены основные технологические и эксплуатационные параметры теплофизического стенда:
теплоноситель - дистиллированная вода, максимальное давление - 16 МПа, максимальная температура теплоносителя - 348 oС, массовый расход теплоносителя - 0.005 – 1.36 кг/с, потребляемая электрическая мощность - до 400 кВт, общий расход охлаждающей воды на максимальных тепловых Рабочий участок представляет собой кольцевой канал с внешним диаметром d2 = 16,30 мм и внутренним диаметром d1 = 12,90 мм. Длина обогреваемой части рабочего участка – 700 мм. Внутренняя труба образующая выпуклую поверхность трубчатого твэла обогревается электрическим током, при этом электросиловое оборудование позволяет получить плотность теплового потока до 5 МВт/м2.
Определение температуры теплоотдающих поверхностей осуществлялось кабельными хромель-алюмелевыми термопарами (диаметр кабеля – 0,5 мм). Термопары размещались по длине и периметру нагреваемой трубы.
Наладочные тестовые испытания включали в себя измерения потерь давления в изотермических условиях при различных значениях температуры воды на входе в рабочий участок. Типичные зависимости потерь давления от расхода представлены на рис. 2. Обработка экспериментальных данных по потерям давления показала удовлетворительное соответствие (в пределах 5 %) с классическими соотношениями (Блазиус).
Рис. 2. Зависимость потерь давления от массового расхода теплоносителя при разных температурах (1 – 20 oC, 2 – 60 oC, 3 – 100 oC, 4 – 150 oC) В процессе испытаний проводилась проверка теплового баланса, заключающаяся в сравнении мощности выделяемой нагревателем рабочего участка и мощностью воспринятой теплоносителем (калориметрической мощностью). Результаты сравнения представлены на рис. 3.
Рис. 3. Сравнение значений электрической и калометрической мощностей при разных значениях массового расхода теплоносителя В дальнейшем планируется проведение работ по теплофизическому обоснованию ТВС с трубчатыми твэлами и шаровой микротвэльной засыпкой.
Работа выполняется в рамках задания Федерального агентства по образованию Минобрнауки по аналитической ведомственной программе «Развитие научного потенциала высшей школы», грант № 2.1.2 / 476.
1. Блинков В. Н., Болтенко Э. А., Патент России 2220464 МКИ3G 21C3/00, 3/30, 3/32. Тепловыделяющая сборка // Заявка № 2002104121 от 20.02.2002. Открытия. Изобретения. 2003. № 36.
2. Zhao J., No H. C., Kazimi M. S., «Mechanical Analysis of High Power Internally Cooled Annular Fuel», Nucl. Technology, 146 (2004).
3. Филиппов Г. А., Богоявленский Р. Г., Авдеев А. А., Перспективы создания прямоточных микротвэльных ядерных реакторов с перегревом пара. – Тяж. машиностроение, 2002, № 1, с. 7-11.
ПРИМЕНЕНИЕ БРУТТО-УРАВНЕНИЙ ДЛЯ ОПИСАНИЯ
ТЕРМОЛИЗА ЧАСТИЦ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ТОПЛИВ
В работах В. М. Гурджиянца сделаны достаточно удачные попытки описать брутто-процесс пиролиза углей по однокомпонентной схеме как для крупных частиц с характерным размером, так и для мелких с, причём использовались кинетические параметры, определённые для изотермических условий пиролиза мелких частиц.По результатам экспериментальных исследований авторов, частицы с размером разлагаются, как правило, в диффузионной области, по крайней мере, частицы минеральной части твёрдых топлив. Таким образом, результаты описания термолиза различных частиц, реагирующих в различных областях одними и теми же уравнениями с одними и теми же константами, не должны были хорошо совпадать с экспериментом.
Ранее авторами были определены и опубликованы кинетические параметры термического разложения всех основных минералов, образующих минеральную часть твёрдых топлив. Поэтому была предпринята попытка оценить применимость предложенных В. М. Гурджиянцем зависимостей для описания термолиза частиц минеральной части различных размеров в неизотермических условиях с использованием кинетических параметров, определённых авторами для неизотермических условий в гарантированно кинетической области. Расчёты сопоставлялись с экспериментальными кривыми зависимости массы частиц от времени и температуры (TG и DTG кривые) при линейном нагреве от комнатной температуры до. Результаты оказались неоднозначны. Для частиц минеральной части, разлагающихся в кинетической области, предложенный брутто-подход к пиролизу дал вполне удовлетворительное совпадение с экспериментом. Однако, для крупных фракций расхождение увеличивается с увеличением размера частиц и для частиц с достигает. Похоже, что при этих размерах существенную роль начинают играть диффузионные процессы и градиент температур в частицах. Следует отметить, что в промышленных условиях, когда скорость нагрева частиц, вброшенных в топочную камеру, достигает, роль диффузионного торможения и градиента температур резко возрастёт.
Таким образом, описание термического разложения частиц минеральной части резко различных размеров одними и теми же бруттоуравнениями, без учёта зоны реагирования, будет неизбежно сопровождаться значительными погрешностями.
ТЕОРЕМА ШАКИРОВА М. А.
ОБ ИСКРИВЛЕНИИ ПРОСТРАНСТВ В РАСЧЕТАХ СИЛ,
ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ТОКОВЕДУЩИЕ СИСТЕМЫ
Теорема о расчете электромагнитной силы f z 0 (Шакиров М. А. // Журн. техн. физики. 1994, том 64, № 7), действующей на линейный ток i0, внедрена в Практикум по ТОЭ, ч. 3, СПб, 1995, и используется студентами Если z0 – точка расположения i0 в Dz-области идеального экрана, 0(z0) – ее отображение в D-области и f 0 – сила, действующая на i0 в D -области, то согласно теореме:где Kzo – главный вектор локального искривления конформного отображения в точке z.
Цель доклада – иллюстрация применения теоремы Шакирова (1) для практически важных случаев экранирования мощных тоководов прямоугольными (рис. 1) стальными ( сталь ) экранами, на примере экрана a b = 3 1,5. Отображение прямоугольника на Рис. 1. Расчёт сил и построение картины магнитного поля двухпроводной линии с помощью прямого отображения (z) (где k 2 (0, q) / 3 (0, q) ; q e 2b / a ); обратное отображение z() осуществляется с помощью неполного эллиптического интеграла (программа M_field.m) D-полуплоскость (рис. 2) осуществляется с помощью эллиптической функции (z), выраженной через 1,2,3,4 - функции [1, стр. 131]. Для рис. 1 имеем q e 23/1,5 0, Отображение (z) реализуется по формуле [1, стр. 700]:
где v z / a. Производные, входящие в (1), вычисляются путём их взятия от выражения (2). Прямой линейный ток i0 проходит через точку zA = (– 0,75 + j0,75), а обратный – через точку zB = (0,75 + j0,75). Согласно (1) рассчитываем:
Используя метод зеркальных отображений, находим силы в D-полуплоскости (рис. 2):
Рис. 2. Расчёт сил и построение картины магнитного поля двухпроводной линии в D-полуплоскости, конформно связанной с Dz-областью Далее находим первые и вторые производные отображающей функции:
Главные векторы локального искривления отображения в точках zA и zB равны:
Таким образом, сила, действующая на линейный ток iA, согласно (1), получается равной:
Собственная индуктивность двухпроводной линии (радиусы проводов a1 = a2 = 0,0125 a ) на единицу длины рассчитывается по формуле [2, стр. 110, 112]:
h1 h2 imag A 0, 455 (м) – расстояния от осей проводов до полуплоскости в D-области, d A B 2,197 м – расстояние между проводами в D-области.
Подставляя численные значения, получаем:
В случае массивных медных или алюминиевых тоководов с постоянным током J, разбиваем сечение токовода на элементарные участки Si, где i – номер участка. Ток элементарного участка: Ji=· Si, где J / S, S – площадь сечения токовода, i = 1...n, где n – число элементарных участков. Элементарный провод заменяется нитью с током Ji, проходящим через центр тяжести участка zi. Искомая сила определяется путём векторного суммирования сил, действующих на эти нити.
1. Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. Наука, 1964.
2. Практикум по ТОЭ, Ч. 3: Учеб. пособие/ под ред. Шакирова М. А., СПб, 1995.
3. Теоретические основы электротехники. Новые идеи и принципы.
Схемоанализ и диакоптика. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001.
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
технологический университет растительных полимеров В настоящее время на всех предприятиях и производствах задействовано огромное количество различных установок, агрегатов, механизмов и машин, в которых применяются большое разнообразие видов подшипников качения, но все они выполняют одну и ту же функцию – обеспечение надежности и долговечности узлов машин и механизмов. Как известно, основной причиной выхода из строя оборудования является поломка, либо замена подшипников. Подавляющее большинство предприятий ведут непрерывное производство, и какими бы ни были простои технологической линии (планово-предупредительный ремонт, текущий ремонт, наладка, аварии и т. д.), возникшие из-за поломок и выхода из строя подшипниковых узлов, это никак не может положительно сказаться на работе предприятия и выпуске продукции. Известно, что большинство всех поломок оборудования заключается в выходе из строя вследствие проблем долговечности (неравномерное распределение нагрузки), проблем смазки (36 % всех поломок подшипников по данным фирмы SKF) и других характерных причин [1].Поэтому возникает задача минимизации времени и количества простоев, связанных именно с выходом из строя подшипников. Данной проблемой повышения долговечности подшипников качения уже несколько лет занимаются на кафедре сопротивления материалов СПбГТУРП. Известно, что основная нагрузка в подшипнике приходится на тело качения, лежащее непосредственно на линии действия нагрузки, и лишь незначительная часть нагрузки перераспределяется на соседние тела качения (порядка 10-20 %) [2]. Основной упор разработчики делают на перераспределение нагрузки между телами качения, т. е. стремятся создать так называемое оптимальное распределение [3, 4]. Одним из результатов работы стало создание профилированного кольца, необходимого для более равномерного распределения нагрузки по телам качения и, как следствие, для повышения долговечности всего подшипника. На рис. 1 показано кольцо, которое устанавливается в подшипниковом узле между корпусом и самим подшипником. Оно имеет переменную толщину, спрофилированную двумя дугами окружностей.
Рис. 1. Профилированное кольцо: R0 – наружный радиус кольца;
R1, О1 – радиус и центр первой дуги, соответственно;
R2, О2 – радиус и центр второй дуги, соответственно;
е1 – смещение центра первой дуги; е2 – смещение центра второй дуги Важнейшими факторами, влияющими на распределение нагрузки между телами качения, являются упругие деформации контактирующих тел, радиальные зазоры и натяги между ними, а также жесткость колец и корпуса подшипника. Во всех существующих методиках расчета подшипников, как правило, не учитывается жесткость колец и корпуса подшипника, что очень сильно искажает реальное распределение нагрузки между телами качения (см. статью тех же авторов в этом сборнике «Влияние жесткости подшипникового узла на распределение нагрузки между телами качения»).
В этой статье показано, что жесткость подшипникового узла играет значительную роль в распределении нагрузки по телам качения, а, следовательно, и в долговечности всего подшипника. Исходя из этого, нами был выбран путь, при котором та или иная жесткость части подшипникового узла задается с помощью профилированного кольца, изображенного на рис. 1, что в свою очередь дает возможность перераспределять нагрузку по телам качения на наше усмотрение. Таким образом, появляется возможность создания оптимального закона распределения нагрузки по телам качения.
Для определения параметров профилированного кольца переменной жесткости была спроектирована объемная модель подшипника и проведен её расчет в объемном состоянии методом конечных элементов. Учитывались перемещения и деформации всех деталей подшипника. Внутреннее кольцо посажено на цапфу вала с натягом, а между телами качения и кольцами, наружным кольцом и корпусом задан зазор, как в реальном подшипнике. В силу осевой симметрии рассматривалась одна половина подшипника. На рис. 2 изображен подшипник качения с величинами усилий, возникающих в местах контакта тел качения и наружного кольца, вследствие действия внешней нагрузки на подшипниковый узел.
Рис. 2. Распределение нагрузки в подшипнике качения Для создания необходимого оптимального закона распределения нагрузки по телам качения используется профилированное кольцо переменной жесткости, параметры которого определяются расчётом методом конечных элементов, используя оптимизацию. Далее, зная все необходимы параметры, а именно: величину нагрузки, тип подшипника, конструкцию корпуса и, как следствие, просчитанную геометрию профилированного кольца, возможно создание нового или модернизация существующего подшипникового узла с повышенным ресурсом работы.
1. SKF Maintenance Products, Nieuwegein, The Netherlands. 2006. P. 4.
2. Леликов О. П. Валы и опоры с подшипниками качения. Конструирование и расчёт: справочник. - М.: Машиностроение, 2006.-640 с.
3. Чижик Н. А., Шемякин Э. В., Костина Ю. В. Новая конструкция подшипникового узла качения // Машины и аппараты ЦБП: межвуз. сб.
науч. тр. / СПбГТУРП. – СПб., 2008. С. 55 – 58.
4. Лукин И. П., Шемякин Э. В., Костина Ю. В. Расчёт оптимального распределения нагрузки между телами качения подшипника // Машины и аппараты ЦБП: межвуз. сб. науч. тр. / СПбГТУРП. – СПб., 2010. С. 35 – 38.
СИНТЕЗ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
НА ОСНОВЕ РЕДУКЦИИ МОДЕЛЕЙ
С СОХРАНЕНИЕМ СТАТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
Рассматривается задача управления энергетическим объединением, состоящим из 6 энергетических узлов, между которыми осуществляется передача мощности [1]. Энергообъединение описывается математической моделью, представленной в виде линейной стационарной системы, имеющей шесть входов, шесть выходов и тридцать три переменных состояния.Известно [2], что задача построения статического регулятора по выходу в общем случае не всегда разрешима, и гарантируется только построение динамического регулятора, чей порядок больше или равен порядку (числу переменных состояния) регулируемой системы. Таким образом, задача построения регуляторов для крупномасштабных систем является сложной как с вычислительной точки зрения, так и с точки зрения практической реализации. В связи с этим в научной литературе рассматривается ряд методик, позволяющих понизить порядок конструируемых регуляторов на основе различных теорий и методов.
Одной из таких теорий является теория редукции математических моделей, работающая непосредственно с сокращением числа переменных состояния при сохранении некоторых инвариантных свойств исходной системы (например, моментов передаточной функции). Одной из наиболее эффективных групп методов в теории редукции является группа методов, основанных на сингулярных числах Ганкеля, связывающих между собой грамианы управляемости и наблюдаемости рассматриваемой системы [4].
Существенным недостатком базового метода редукции по сингулярным числам Ганкеля является то, что при редукции модели не сохраняется значение передаточной функции (матрицы передаточных функций) при нулевой частоте. В случае рассматриваемого энергообъединения это соответствует статическим режимам модели.
В связи с этим для решения задач управления энергообъединением регулятором низкого порядка с сохранением статических режимов у редуцированной модели предлагается использование метода аппроксимации по сингулярному возмущению, также входящего в вышеозначенную группу методов. В таком случае задача построения регулятора низкого порядка сводится к одному из двух подходов: редукции исходной системы до нужного низкого порядка и последующему построению динамического регулятора соответствующего этого же порядка, либо построению регулятора высокого порядка для исходной системы с его последующей редукцией до максимально возможного низкого порядка с приемлемой точностью.
1. Козлов В. Н. Управление энергетическими системами. Электромеханические процессы / под. ред. Ю. С. Васильева. СПб.: изд-во СПбГТУ, 2011. – 480 с.
2. Поляк Б. Т. Робастная устойчивость и управление /Б. Т. Поляк, П. С. Щербаков. М.: Наука, 2002. – 303 с.
3. Liu Y., Anderson B. D. O. Singular perturbation approximation of balanced systems. International Journal of Control, 1989.
4. Moore B. C. Principal component analysis in linear systems: controllability, observability, and model reduction / IEEE Transactions on Automatic Control, 26(1), 1981. – С. 17–32.
ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ В ЭЭС
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ В ФАЗНЫХ КООРДИНАТАХ
Рассматривается полная математическая модель динамики трехфазного синхронного генератора (СГ) в фазных координатах (рис. 1) [5].Модель учитывает автоматические регуляторы напряжения и частоты при различных нагрузках, в частности активно-индуктивную нагрузку (АИН). Модель позволяет исследовать переходные процессы в электроэнергетических системах (ЭЭС) в аварийных режимах (при коротких замыканиях, обрывах в статорных и роторных обмотках и др.), которые не могут быть рассчитаны с помощью модели Парка-Горева [1, 3, 4].
Рис. 1. Электрическая схема замещения трехфазного СГ Структурная схема агрегата представлена на рис. Модели СГ в фазных координатах и в форме Парка-Горева программно реализованы в среде отечественного программного комплекса (ПК) «Моделирование в технических устройствах», созданный в МГТУ им. Н. Э. Баумана (рук. – О. С. Козлов). В комплексе «МВТУ» использованы новейшие численные методы расчета динамики «жёстких»
систем, методы анализа и оптимизации систем управления. Комплекс обеспечивает широкие возможности по созданию виртуальных пультов управления и представления информации с эффектами анимации.
Математическая модель СГ в матричной форме имеет вид [2]:
фазой «a» и продольной осью ротора, M H - матрица индуктивностей нагрузки генератора; Ra, Rb, Rc, R f - сопротивления обмоток статора и обмотки возбуждения; Ran, Rbn, Rcn - сопротивления активной нагрузки. Зависимости элементов матрицы индуктивности СГ от угла приведены на рис. 3.
Математическая модель СГ в фазных координатах позволяет исследовать широкую номенклатуру режимов, в частности, режимов короткого замыкания. На рис. 4 приведены результаты расчетов следующих режимов:
однофазного короткого замыкания (а), двухфазного короткого замыкания (б), трехфазного короткого замыкания (в).
Рис. 4. Результаты исследования аварийных режимов СГ 1. Разработана и программно реализована полная компьютерная математическая модель динамики синхронного генератора в фазных координатах с автоматическими регуляторами напряжения, частоты вращения ротора и статической активно-индуктивной нагрузкой, предназначенная для исследования широкого набора аварийных режимов, которые невозможно исследовать с использованием традиционных моделей Парка-Горева.
2. Разработаны алгоритмы получения необходимых для реализации моделей в фазных координатах функциональных зависимостей индуктивностей и взаимных индуктивностей различных обмоток по справочной информации о параметрах и характеристиках, приводимых для обеспечения расчетов динамики на основе уравнений Парка-Горева.
1. Park R. H. Two-Reaction of Synchronous machines. – Trans. AIEE, v. 48., pt. 1, 1929, p. 716 – 730.
2. Бутырин П. А., Чинь Хунг Лян. Аналитическое обращение матриц индуктивностей уравнений состояния электрических машин. – Электричество, 1995, № 2.
3. Горев А. А. Основные уравнения неустановившегося режима синхронной машины. - Труды Ленинградского индустриального института, № 5, 1936.
4. Токарев Л. Н. Введение в электроэнергетику. Физические процессы, устройства и системы автоматического регулирования. – СПб.: изд-во «АЛЕС», 1999. – 223 с.
5. Ясаков Г. С. Корабельные электроэнергетические системы. – ВМА, Санкт-Петербург, 1998. – 596 с.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ИМУЩЕСТВЕНЫМ КОМПЛЕКСОМ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЯ
Новосибирский государственный технический университет В соответствии с базовыми принципами процессного подхода к управлению предприятием, для полноценного и наглядного представления генерирующего энергетического предприятия как бизнес-системы необходимо разработать модель его организации, т. е. представить предприятие в виде совокупности деловых процессов.При разработке модели деловых процессов генерирующего энергетического предприятия необходимо обеспечить ее соответствие следующим требованиям [2, С. 66]: конечности, которое заключается в наличии у модели конечного числа схожих свойств, которое подлежит изучению; упрощенности, которое неизбежно вытекает из требования конечности модели и означает, что модель системы всегда проще ее оригинала; приближенности, которое характеризует степень близости модели к оригиналу; истинности, которое означает, что каждая модель должна содержать истинные сведения об оригинале; адекватности, которое означает, что требования полноты, точности, истинности модели выполнены в той мере, которая достаточна для достижения цели.
Необходимо представить деятельность генерирующего энергетического предприятия в виде сети взаимосвязанных деловых процессов, которая, в конечном счете, будет соответствовать всем перечисленным требованиям.
Естественно, что каждое конкретное генерирующее энергетическое предприятие имеет уникальную схему организации деятельности. Тем не менее, сформированная модель отражает структуру деловых процессов, соответствующих, по мнению автора, требованиям наиболее эффективной организации деятельности предприятия. Данная модель отвечает всем указанным выше требованиям (конечность, упрощенность, истинность и т. д.).
Для разработки модели генерирующего энергетического предприятия, которая отражала бы все механизмы, взаимосвязи различных подсистем и процессов в рамках одного бизнеса, целесообразно использовать методологию моделирования IDEF0 [1, 3]. IDEF0 является наиболее распространенной методологией моделирования деловых процессов в связи с ее относительной простотой и наглядностью. Так же методология IDEF принята в качестве национального стандарта моделирования деловых процессов в России.
Сеть деловых процессов генерирующего энергетического предприятия представлена на рис. 1.
генерирующего энергетического предприятия Деловой процесс «Обеспечить производство тепловой и электрической энергии» по отношению к продукции относится к процессам жизненного цикла, а с точки зрения стратегической важности – к категории основных. Именно этот процесс определяет основные направления бизнеса энергетического предприятия – производство и реализацию тепловой и электрической энергии. Деловой процесс «Обеспечить производство тепловой и электрической энергии» (ДП 4) отражает производственную деятельность генерирующего энергетического предприятия. Структурно процесс состоит из трех подпроцессов:
- разработать план производства и организовать производственный процесс (ДП 4.1);
- обеспечить выполнение требований по промышленной безопасности и охране окружающей среды (ДП 4.2);
- произвести электрическую и тепловую энергию (ДП 4.3).
Все остальные процессы, указанные на рис. 1, можно отнести к категории обеспечивающих.
Декомпозиция делового процесса «Обеспечить управление имущественным комплексом» (ДП 3) представлена на рис. 2.
Сбалансированная система управления имущественным комплексом, ориентированная на стратегические цели генерирующего энергетического предприятия и обеспечение надежности энергоснабжения.
«Обеспечить управление имущественным комплексом» (ДП 3) Подпроцесс «Определить состояние имущественного комплекса»
является исключительно важным в плане получения исходной информации для организации всего последующего перечня работ по управлению имущественным комплексом. В рамках рассматриваемого процесса можно выделить следующие подпроцессы: собрать исходную информацию о состоянии объектов имущественного комплекса (ДП 3.1.1); провести паспортизацию объектов имущественного комплекса (ДП 3.1.2); осуществлять мониторинг состояния объектов имущественного комплекса в межремонтный период (ДП 3.1.3);обеспечить учет дефектов, аварий и отказов на объектах имущественного комплекса (ДП 3.1.4); обеспечить хранение информации о состоянии объектов имущественного комплекса – обеспечить ведение базы данных (ДП 3.1.5).
На первом этапе необходимо собрать все релевантную информацию о состоянии объектов имущественного комплекса предприятия (год введения в эксплуатацию, данные о техническом состоянии, условиях эксплуатации, периодичность и виды проводимых ремонтов и иных мер, направленных на продление жизненного цикла объектов имущественного комплекса).
В систематизированном виде собранная об объектах имущественного комплекса информация находит отражение в паспортах объектов. В рамках информационной системы управления имущественным комплексом на основе настроенных шаблонов структур данных создаются паспорта объектов имущественного комплекса, таких как основное и вспомогательное оборудование, здания и сооружения и т. д. В паспорта вносится информация для однозначной идентификации объектов имущественного комплекса, паспортные характеристики, первоначальные данные о техническом состоянии (необходимо для прогноза отказов оборудования и технического состояния), выполняется классификация и формируется иерархия объектов. Интеграция рассматриваемого процесса с процессом производства тепловой и электрической энергии позволит оперативно и достоверно оценивать такое важное свойство объекта имущественного комплекса как производительность и отражать информацию о ее динамике в паспорте объекта.
Процедуры процесса мониторинга оборудования в межремонтный период обеспечивает ввод контролируемых параметров при выполнении технического диагностирования. Структура данных для различных видов диагностирования определяется процессами инженерного обеспечения. В систему вносятся результаты диагностирования и указываются возможные варианты решения, оформленные в виде потребности в дополнительных мероприятиях и ограничениях. После подтверждения, эта информация становится доступна соответствующим специалистам для организации разработки стратегических и годовых программ управления имущественным комплексом, а также корректировки текущего плана.
Внедрение любой системы управления имущественным комплексом не устранит полностью появление дефектов и отказов. Для учета дефектов, отказов и аварий в модели системы управления имущественным комплексом предусмотрен одноименный процесс. С другой стороны, данные этого процесса, являются одним из критериев для оценки эффективности выполняемых мероприятий по поддержанию объектов имущественного комплекса в работоспособном состоянии. Дефекты, отказы и аварии, регистрируются в системе в виде производственного события. Дальнейшие процедуры потребуют ввести описание и выполнить классификацию события. На основе представленной информации появляется возможность проведения детальных проверок причин возникновения указанных событий.
Поскольку процесс «Определить состояние объектов имущественного комплекса» создается для сбора и систематизации информации об объектах, то логично, что в структуре процесса появляется подпроцесс «Обеспечить ведение базы данных об объектах имущественного комплекса».
Информация о состоянии объектов имущественного комплекса является основой для планирования мероприятий по управлению имущественным комплексом генерирующего предприятия. В рамках процесса «Планировать мероприятия по управлению имущественным комплексом»
(ДП 3.2) целесообразно выделение трех подпроцессов (рис. 3).
Рис. 3. Декомпозиция делового процесса «Планировать мероприятия по управлению имущественным комплексом» (ДП 3.2) Основными выходами рассматриваемого делового процесса являются подготовленные стратегическая и годовая программа управления имущественным комплексом генерирующего предприятия, которые согласованы со стратегией развития предприятия, с бизнес-планами и бюджетами на предстоящий период, а также текущий план мероприятия, сметы и заявки на все виды ресурсов, необходимых для реализации указанных мероприятий.
1. Верников Г. Основные методологии обследования организаций.
Стандарт IDEF0 // Электронный ресурс. Режим доступа: http:// www.cfin.ru/ 2. Китушин В. Г. Основы теории управления: Конспект лекций. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996.
3. Рубцов С. Опыт использования стандарта IDEF0 при проектировании процессов // Открытые системы.-2003.-№ 1.-С. 53-56.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ
ИНВЕРТОРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ МАШИН
КОНТАКТНОЙ СВАРКИ
Согласно общепринятой методике, для получения информации об активном сопротивлении и индуктивности рассеяния трансформатора машины контактной сварки (МКС), проводят опыт короткого замыкания (КЗ) [1]. При проведении опыта КЗ для трансформатора МКС с инверторным источником питания (ИИП), необходимо иметь возможность регулировать не только величину нормального напряжения короткого замыкания, но и частоту подводимого к первичной обмотке напряжения в диапазоне от 50 до 10000 Гц. Для измерений в опыте КЗ требуются амперметр, вольтметр и ваттметр, которые могли бы работать на высокой, до 10 кГц, частоте. Как показали проведенные опыты, обычные лабораторные приборы, сконструированные для промышленной частоты 50 Гц не способны гарантировать достоверные результаты измерений при частоте выше 500 Гц.Получается, что для измерения электромагнитных параметров трансформаторов ИИП МКС на различной частоте, по общепринятой методике, необходимо установить исследуемый трансформатор в МКС с инверторным источником питания и компьютерной системой управления.
Для регулирования нормального напряжения короткого замыкания требуется рассчитанный на токи в сотни ампер автотрансформатор, а непосредственно для измерений – аттестованный регистратор сварочных процессов. Стоимость создания такого испытательного стенда достигает нескольких миллионов рублей, при этом стенд не может быть мобильным и не позволяет оперативно проводить регулярные измерения во всем интересующем диапазоне частот от 50 до 10000 Гц.
С целью обеспечения возможности получения частотных зависимостей активных сопротивлений и индуктивностей рассеяния, необходимых для анализа и разработки трансформаторов ИИП МКС, была предложена новая методика измерений. Методика основана на использовании микроомметра М4104 компании «БРИС» и измерителя иммитанса Е7-20 ОАО «МНИПИ». Методика заключается в следующем:
1. Микроомметром измеряют сопротивления первичной и вторичной обмоток исследуемых сварочных трансформаторов постоянному току;
2. Измеритель иммитанса подключают непосредственно к выводам обмоток исследуемых трансформаторов и, плавно регулируя частоту в диапазоне от 25 Гц до 1 МГц, измеряют активное сопротивление и индуктивность рассеяния при переменном токе.
«