«БУДУЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ НАУКИ Сборник материалов XIII Международной молодежной научно-технической конференции Нижний Новгород, 23 мая 2014 г. Нижний Новгород 2014 УДК 62 ББК 30 Б 903 Будущее технической науки: сборник ...»

Для оценки потребления электрической энергии АВО газа выполнен анализ исходных данных на участке «Петровск-Писаревка» газопровода «Уренгой-Новопсков» (установленная мощность АВО газа на каждой КС, пропускная способность КС в зависимости от режима работа АВО газа, потребление электроэнергии в течение года по месяцам, температура на входе и на выходе КС). Зависимости между переменными стохастичны, анализ зависимости выполнен по выборке из генеральной совокупности исходных данных.

Уровень значимости q = 0,1, по расчету в Matlab 6 выборочный коэффициент корреляции r = -0,25421755, статистика = 0,03117025, что меньше уровня значимости, корреляция значима. Так как выборочный коэффициент корреляции не учитывает суммарное взаимное влияние переменных, установить зависимость потребления электроэнергии от нескольких переменных позволяет теория множественной регрессии.

Поиск наилучшей регрессионной модели представляет собой довольно громоздкий процесс. Нейронные сети обладают рядом преимуществ перед регрессионными моделями:

сами подбирают вид функциональной зависимости по экспериментальным данным и являются адаптивной моделью, подстраивающей структуру сети под новые наблюдения и позволяющей объяснить довольно сложные связи между значениями расхода электроэнергии и показателями магистрального газопровода.

Следует отметить, что оптимизация системы управления АВО газа на компрессорной станции, а также рациональное применение автоматизированного частотно-регулируемого электропривода в совокупности с дискретной системой управления позволяет обеспечить высокие показатели транспорта газа, энергосбережения и ресурсосбережения, повысить надежность, долговечность работы оборудования и удобство обслуживания с диспетчерского поста АСУ КС и АСУ ГКС.

УДК 621. А. А. ЧАБУРКИН, Л. А. ЗАХАРОВ, А. В. ДЕГТЯРЁВ, И. Л. ЗАХАРОВ,

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ ВЛИЯНИЯ

ПРИНЦИПИАЛЬНО НЕУСТРАНИМЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

НА ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ПДВС ЗАВОДА РУМО 8ЧН 23/

Нижегородский государственный технический университет им Р. Е. Алексеева Повышение технического состояния ПДВС на сегодняшний день остаётся одним из основных направлений обеспечения энергетической, экономической и экологической безопасности за счёт инженерных решений. Научные исследования, посвящённые данной проблеме, многочисленны и разнообразны. В то же время малоисследованным остаётся вопрос влияния принципиально неустранимых тепловых потерь (гибридного термодинамического цикла) ПДВС на термодинамические экономические характеристики. Научные публикации по этой проблеме в основном ограничиваются констатацией факта уменьшения технических потерь термодинамического цикла ПДВС с воспламенением от сжатия. При этом задача достижения необходимых характеристик рабочего цикла с помощью оптимальных характеристик рабочего цикла поднимаются реже, хотя имеет практически важное значение.

Основная задача данной работы – создание руководящей методики достижения необходимой картины гибридного «Отто-Тринклер» рабочего цикла, соответствующей оптимальным показателям смешанного смесеобразования. Этапы решения данной задачи можно обозначить следующим образом: 1) выбор критерия оценки технического состояния ПДВС по экономической безопасности, выраженного в количественных показателях; 2) определение связи критериев технического состояния и характеристик экономичности гибридного цикла; 3) разработка методики достижения наивыгоднейших термодинамических и индикаторных показателей путём изменения степени использования энергии свободного выпуска отработавших газов в конце процесса расширения гибридного рабочего цикла.

В работе было предложено три основных критерия оценки гибридного цикла: 1) степень уплотнения и поддержания наивыгоднейшей температуры стенок рабочей камеры цилиндра; 2) настройка органов выпуска и впуска на максимальный коэффициент наполнения; 3) теоретические расчёты подтверждены результатами проведённого эксперимента.

Таким образом, предложенная методика влияния принципиально неустранимых тепловых потерь на топливную экономичность, позволяет создать системный подход при решении задачи достижения экономической безопасности при использовании гибридного цикла ПДВС. Исследованиями установлено, что 70% принципиально неустранимых тепловых потерь используются на привод турбокомпрессора и более 30% на настройку максимального коэффициента наполнения и обеспечивают экономическую безопасность ПДВС.

Подсекция 2. УДК: 620. Г.Я. ВАГИН, А.А. СЕВОСТЬЯНОВ, Е.Б. СОЛНЦЕВ, П.В. ТЕРЕНТЬЕВ

ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА СРОК СЛУЖБЫ

СОВРЕМЕННЫХ ЛАМП

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Авторами проведено исследование влияния отклонений напряжения на светильники со светодиодными лампами (СДЛ) различных производителей (исследование температуры нагрева (табл.1) и срока службы СДЛ), которые в настоящее время используются при замене ламп накаливания в государственных (муниципальных) учреждениях и учреждениях сферы услуг в соответствии с п.8 ст. 10 Федерального Закона РФ № 261 – ФЗ.

Из табл. 1 видно, что увеличение питающего напряжения оказывает значительное влияние на нагрев СДЛ, в отдельных случаях максимальная температура нагрева СДЛ увеличивается до 15 % от температуры при номинальном напряжении.

0,800 0,850 0,900 0,950 1,000 1,050 1,100 1,150 1, Рис. 1. Срок службы от отклонения напряжения для СДЛ Navigator 5 Вт Большое влияние на срок службы современных ламп оказывает температура в месте установки электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА). Фирма OSRAM устанавливает эту температуру равной 70 С. При увеличении этой температуры на 10 С срок службы ЭПРА сокращается вдвое.

Рассчитаны зависимости температуры нагрева ламп СДЛ от отклонения напряжения.

Для уровня снижения светового потока на 30% определена зависимость срока службы в функции отклонения напряжения (рис. 1).

Понятие срока службы для СДЛ – это время работы, после истечения которого происходит снижение яркости светодиодов на 30-50%.

Из результатов исследования влияния отклонения напряжения на срок службы СДЛ видно (рис. 1), что при повышении питающего напряжения на 15% срок службы СДЛ снижается в два раза (снижение светового потока на 30%).

УДК 621.311.

ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИМ ОСВЕЩЕНИЕМ

АДМИНИСТРАТИВНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Наряду с заменой источников света, одним из направлений повышения энергоэффективности систем освещения является применение автоматических устройств включения/отключения освещения. Однако ввиду случайного характера воздействия автоматических устройств на систему освещения до сих пор оценка потенциала энергоэффективности устройств носила декларативный характер, необоснованный расчетами.

Был разработан метод, позволяющий провести оценку потенциала экономии электроэнергии в результате использования систем управления внутренним освещением. В основе метода лежит вероятностный подход определения влияния автоматических устройств на работу системы освещения. Для определения влияния датчика освещенности была построена модель, учитывающая широту местности объекта.

Метод расчета прост в реализации, а также позволяет эффективно оценить потенциал экономии электроэнергии автоматических систем управления освещением. Результаты оценки потенциала экономии электроэнергии приведены в табл. 1.

Результаты оценки потенциала экономии электроэнергии, о.е.

Тип системы управления Таймера и датчик освещенности Датчик освещенности и датчик присутствия Примечание: в числителе приведен потенциал экономии для широты 43 град., в знаменателе для широты 68 град.

Согласно полученным результатам, наибольший эффект экономии электроэнергии возникает при системе управления освещением, основанной на датчике освещенности и датчике присутствия; наименьший – при использовании таймера. Работа датчика освещенности зависит от широты местности, и при движении на север потенциал экономии уменьшается.

Полученные результаты для помещений с односменным режимом работы находятся в пределах значений, указываемых производителями и приведенных в обзорных статьях [1, 2].

1. http://electricalschool.info/main/409-sistemy-avtomaticheskogo-upravlenija.html 2. http://led22.ru/ledstat/IR/ir.html УДК 621.

ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева Развитие малой распределенной энергетики (МРЭ) относится к приоритетным направлениям энергетической стратегии России до 2030 г. Техническим звеном МРЭ являются локальные системы электроснабжения (ЛСЭС) с генерирующими установками, расположенными в непосредственной близости от электропотребителя. Особое значение развитие МРЭ имеет для регионов, удалённых от сетевой инфраструктуры (70 % территории страны). Электропотребители данных зон – преимущественно населенные пункты с малочисленным населением (до 500 дворов), электрические нагрузки которых составляют от десятков до сотен кВт.

К основным проблемам ЛСЭС относятся: тяжелые условия транспортировки топлива, удаленность от центров снабжения и обслуживания, что обусловливает экономическую нецелесообразность подключения к ЛЭП и высокую стоимость топлива; большой износ энергетического оборудования; дефицит инвестиционных ресурсов; рост цен на ТЭР и, как следствие, увеличение объема дотаций из областных бюджетов на закупку и завоз топлива.

Наиболее распространенным источником электроэнергии ЛСЭС (в 98 %) являются дизельные электростанции (ДЭС), которых по стране насчитывается более 5 тыс. единиц и которыми вырабатывается порядка 1,8 млрд кВтч электроэнергии при ежегодном расходе топлива 6 млн т. Мощность ДЭС определяется максимальной потребляемой мощностью, которая в свою очередь определяется графиком нагрузки объекта электроснабжения. Неравномерность потребления электроэнергии приводит к существенному недоиспользованию установленной мощности ДЭС. В результате КПД резко снижается, а удельный расход топлива на выработку 1 кВтч электроэнергии увеличивается относительно их паспортных данных.

Стоимость выработанной электроэнергии (в силу неэффективности работы ДЭС) колеблется от 5 до 25 руб./кВт·ч., при тарифе для населения 2,5-3,5 руб./кВт·ч (до 85 % затрат покрывается за счет региональных бюджетов).

Альтернативой ДЭС могут являться комплексы на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), отличающиеся повсеместным распространением, неисчерпаемым потенциалом и экологической чистотой. В соответствии с энергетической стратегией подразумевается увеличение доли нетопливной энергетики до 13 – 14 % до 2030 г., вплоть до «замещения локальной дизельной генерации». Однако практическое применение ВИЭ ограничивается их изменчивостью в пространстве и времени, низкой плотностью энергетических потоков, что приводит к зависимости электрогенерации от метеорологических условий, неравномерности выработки электроэнергии, появлению колебаний выходной мощности. Поэтому наиболее перспективным представляется создание ЛСЭС на основе комбинированного использования ВИЭ, но вследствие нестабильности последних необходима их параллельная работа с гарантированными источниками энергии на органическом топливе.

Для реализации направлений развития и повышения надежности ЛСЭС должны быть разработаны и широко внедрены инновационные технологии в сфере МРЭ, применены механизмы стимулирования развития и финансирования малой генерации, включая государственное партнерство с частными инвесторами, предоставление государственных гарантий, софинансирование, льготных кредитов и применение системы инвестиционных скидок всем участникам цикла с использованием ВИЭ за счёт средств бюджетов различных уровней.

Необходима стандартизация оборудования (разработка понятийного аппарата, общие технические требования, методы их испытания) и проектирование вариантных модулей объектов МРЭ на основе сочетаемых элементов (различные типы генерации, средства автоматизации и контроля, буферные накопители). Данный подход способствует ускорению циклов запуска новых разработок в производство, минимизации затрат на внедрение и распространение нового оборудования, специализации сервисной и информационной сети.

Практическая реализация проектов энергообеспечения потребителей ЛСЭС сегодня осуществляется в незначительных масштабах, что не позволяет в необходимой степени решить проблемы их электроснабжения.

УДК 621. А.Б. ЛОСКУТОВ, А.А. ЛОСКУТОВ, Д.В. ЗЫРИН, Л.А. ЛАРИОНОВ

АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИМ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ – РЕШЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ

ГЕКСАГОНАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Важным этапом на пути интеллектуализации энергетической системы России с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) [1] является модернизация распределенной электрической сети. Авторами предложен подход к распределению электроэнергии – распределенная электрическая сеть гексагональной конфигурации [2].

Одно из необходимых условий реализации концепции гексагональных распределительных электрических сетей заключается в разработке адаптивных алгоритмов управления автоматического функционирования (ААУАФ). Каждому узлу гексагональной сети соответствует элемент информационной сети, который представляет собой комплексный модуль системы управления автоматическим функционированием (СУАФ) сети. Модуль осуществляет диагностику, защиту, измерение, контроль, учет, оперативное хранение гетерогенной информации. Модуль способен обеспечивать автономную работу при нарушении связи с другими устройствами. Также СУАФ осуществляет сбор, хранение, визуализацию и агрегацию получаемой информации для дальнейшего анализа при необходимости.

Автоматическое функционирование гексагональной сети основано на реализации различных алгоритмов в СУАФ. Унификация топологии сети дает возможность выделить основную классификацию алгоритмов, отработать их функционирование на простых схемах.

Сеть передачи данных в общем виде может быть представлена как граф, в узлах которого находятся модули СУАФ, причем связи между узлами повторяют топологию сети электропередачи (рис. 1). Подобно электрической сети СУАФ образует информационные зоны, также взаимодействующие между собой автоматически.

Реализацию алгоритмов, составляющих ААУАФ, необходимо проводить комплексно в соответствии с уровнями взаимодействия алгоритмов сети (рис. 1).

1. Концепция интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной. Редакция 5.0. – 2. Лоскутов, А.Б. Интеллектуальные распределительные сети 10-20 кВ с гексагональной конфигурацией / А.Б. Лоскутов [и др.] // Промышленная энергетика. 2013. № 12. С. 3–7.

УДК И.А. ЛУКИЧЕВА, Н.С. ЛЫСЕНКО, Л.О. НОСОВА, О.В. МАСЛЕЕВА

СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МИНИ–ТЭЦ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Мини-ТЭЦ представляют собой теплосиловые установки, служащие для совместного производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт, независимо от вида оборудования. Модуль мини-ТЭЦ включает: двигатель; генератор электроэнергии; теплообменник для утилизации тепла от воды при охлаждении двигателя, масла и выхлопных газов. В мини-ТЭЦ возможно использование двигателей внутреннего сгорания:

дизельных, газопоршневых и газотурбинных.

Целесообразность выбора двигателя для привода электрогенератора мини-ТЭС определяется целым рядом факторов, при этом при решении вопроса строительства мини-ТЭЦ в жилых районах экологический критерий может оказаться решающим.

Воздействие мини-ТЭЦ на окружающую природную среду происходит следующими способами:

потребление природных ресурсов (органическое топливо, вода, воздух);

загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива(оксид углерода (СО), оксиды азота (NOХ) (в пересчете на NO2), углеводороды (СН)1, сажа (С)).

физическое воздействие (шум, вибрация, электромагнитное излучение, тепловое загрязнение);

загрязнение почвы образующимися отходами;

отчуждение территорий для строительства мини-ТЭЦ, В данной работе рассматривается тепловое загрязнение мини-ТЭЦ.

Тепловое загрязнение – тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня.

Различают тепловое загрязнение гидросферы и атмосферы. Причиной теплового загрязнения водоемов является сброс нагретых вод из систем охлаждения ТЭЦ. Тепловое загрязнение приводит к уменьшению содержания кислорода в воде, изменению её химического и газового состава, цветению воды и увеличению содержания в воде микроорганизмов, уменьшению репродуктивной способности обитателей водоемов.

Основные источники теплового загрязнения атмосферы - выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха. Кроме того, при работе (тепловых) двигателей только часть тепла при сжигании топлива идет на совершение полезной работы, данная величина характеризуется КПД машины, остальная часть (около 60-80% в зависимости от типа двигателя) рассеивается в окружающей среде.

Тепловое загрязнение (потери тепла) является причиной создания тепловых островов, местной (искусственной) инверсии температур над источником, что приводит к развитию микроциркуляций атмосферы, изменению микроклимата и усложнению механизма переноса загрязнений.

Были проведены исследования теплового загрязнения мини-ТЭЦ в диапазоне мощностей от 10 до 1000 кВт. На мини-ТЭЦ используются двигатели газопоршневые, использующие в качестве топлива природный газ и биогаз, газотурбинные, использующие в качестве топлива природный газ, и дизельные двигатели. Удельное тепловое загрязнение (ГДж/кВтг.) составляет: дизельные – 38, газопоршневые на природном газе – 59, газопоршневые на биогазе – 67, газотурбинные – 138.

Выводы: минимальным тепловым загрязнением обладают дизельные мини-ТЭЦ, а максимальным мини-ТЭЦ с газотурбинными двигателями.

УДК 621.315.

ЗАЩИТА ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В СЕТЯХ 6-35 КВ

С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Донбасский государственный педагогический университет (Украина) Для защиты изоляции электрооборудования применяются ограничители перенапряжений (ОПН), при этом необходимо учитывать возможность его повреждения при возникновении в сети длительного режима однофазного короткого замыкания, который может существовать от нескольких минут до 6 и более часов при f = 50 Гц. Основную опасность составляют часто повторяющиеся импульсные перенапряжения кратностью менее 2,5Uф,max, для которых ОПН должен быть закрыт.

Условие отстройки: 2, где Uнрс – наибольшее рабочее напряжение сети; Uнро – длительно допустимое рабочее напряжение ОПН.

Далее проверяется, не приведет ли выбор ограничителей перенапряжений с UнUнрс к опасному повышению остающихся напряжений на ОПН, что может снизить защиту изоляции до недопустимого уровня. Расчет остающихся напряжений для ОПН с Uнро = 1,1Uнрс производится через коэффициенты «типовых кратностей».

Расчетные значения Uост.к и Uост.г для силовых трансформаторов и реакторов с наименьшим уровнем изоляции (для уровня изоляции «а») Виды импульсных воз- Расчетные значения остающихся напряжений ОПН и нормируемые действий уровни защиты изоляции от перенапряжений, кВmax Наибольшее рабочее напряжение Uнро, кВд Uост.г при воздействии грозового импульса, Ін=5 кА, 8/20 мкс Uост.к при воздействии 30/60 мкс Примечание. Нижние значения в таблице – нормируемый уровень изоляции.

Таким образом, при выборе ОПН для защиты электрооборудования от перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ и ненормируемым временем существования однофазного короткого замыкания выбор ОПН с наибольшим длительно допустимым рабочим напряжением на 10 % выше наибольшего рабочего напряжения сети (Uнро =1,1Uнрс) обезопасит ОПН от перегрева и последующего пробоя варисторов и обеспечит надёжную работу защищаемого оборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений.

УДК 621.316.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ РАЗМЫКАНИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Дзержинский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е. Алексеева Все электрические сети, вне зависимости от их конфигурации, номинального напряжения, вида и мощности нагрузок, должны обладать надежностью. Под надежностью электроснабжения будем понимать вероятность безотказной работы и наработку до отказа. Вероятность безотказной работы – основополагающая характеристика в любых расчетах при определении надежности сетей, а наработка до отказа покажет математическое ожидание времени безотказной работы.

Кроме обеспечения надежности электроснабжения, необходимо выполнить и другую задачу – обеспечить эффективность передачи электрической энергии (ЭЭ). В реальных сетях нагрузки на подстанциях и длины соединяющих их линий электропередач (ЛЭП) различны.

Передача ЭЭ на большие расстояния не экономична вследствие увеличения потерь в ЛЭП, большего нагрева проводов, большей загрузки трансформаторов, а значит, в случае сокращения потерь, возможно по имеющимся сетям пропускать большую полезную мощность.

Поэтому под эффективностью передачи ЭЭ будем понимать такой режим работы сети, при котором потери в элементах данной сети будут минимальны.

Распределительные сети работают в разомкнутом режиме. В настоящее время сетевые организации самостоятельно выбирают место размыкания таких сетей. Однако для эффективной и надежной работы сетей необходимо разработать методику по размыканию распределительных сетей. При размыкании сети необходимо обеспечить следующие характеристики: безотказность электроснабжения, безопасность, необходимое качество ЭЭ, низкий уровень потерь в сети. Причем относительный вес каждого параметра примерно одинаков.

При рассмотрении существующего участка распределительной сети Кстовского района оказалось, что выбранный сетевой организацией режим работы не является оптимальным по уровню потерь и параметрам надежности электроснабжения.

С помощью программы Project 2.13 был произведен расчет режима сети с различными местами размыкания. По результатам расчета были определены потери активной и реактивной мощности для каждого варианта размыкания, а также уровни напряжения в узлах. Определялись следующие показатели надежности: вероятность безотказной работы и наработка до отказа по формулам из литературы. По результатам расчетов установлено, что наиболее экономичным и одновременно надежным является режим работы сети, при котором отключена с одной стороны наиболее протяженная воздушная линия (ВЛ). Отключение производится только с одной стороны, поскольку при отключении ВЛ с двух сторон потери в связи с этим в сети не уменьшатся, а надежность уменьшится- что неприемлемо. Как правило, невозможно добиться одновременно и высокой надежности электроснабжения, и минимума потерь, но в данном случае с отключением наиболее протяженной ВЛ сеть была разбита на два участка с близкими значениями интенсивности отказов. Потери мощности в линиях при этом снизились на 21 кВт, вероятность безотказной работы увеличилась почти в два раза и составила 0,132 вместо 0,07, наработка до отказа увеличилась на 31% и стала равной 4326 ч, вместо 3297 ч, напряжение в эффективном по потерям режиме осталось в пределах допустимых значений.

Проведенные исследования показывают, что размыкание распределительных сетей целесообразно проводить с учетом не только параметров линий электропередачи и нагрузок на подстанциях, но и параметров интенсивности отказа каждого элемента сети. В результате это позволяет добиться учета надежности электроснабжения и сокращения потерь передачи ЭЭ при выборе режима работы сети.

УДК 621.

РАСХОД ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ПРОИЗВОДСТВО ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ

ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ И ЕГО ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Существенная роль в энергетической стратегии России на период до 2030 г. отводится развитию использования новых возобновляемых источников энергии и энергоносителей. Вовлечение в топливно-энергетический баланс таких ВИЭ, как солнечная, ветровая, геотермальная энергия, биоэнергия и других, позволит сбалансировать энергетический спрос и снизить экологическую нагрузку со стороны предприятий энергетики на окружающую среду.

Основными загрязнителями окружающей среды и потребителями невозобновляемых природных ресурсов являются традиционные источники энергии. Альтернативные источники энергии помогают решить проблему устойчивого развития человечества за счет использования возобновляемых ресурсов и снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха, воды и почвы.

В данной работе рассматриваются энергетические установки, использующие ветровую и солнечную энергию, а также малые гидроэлектростанции.

В процессе эксплуатации возобновляемых источников энергии не происходит загрязнения атмосферного воздуха, гидро- и литосферы. Однако для общей экологической оценки необходимо учитывать экологическое воздействие энергоустановок ВИЭ на окружающую среду в процессе их производства.

В данной работе приведены результаты исследования по оценке расхода электрической энергии в процессе производства энергоустановок на возобновляемых источниках энергии. Оценивались следующие марки энергоустановок ВИЭ мощностью 30 кВт: ветрогенератор «Муссон», мини-ГЭС ИНСЭТ Пр 30, солнечный модуль Saana 250 LM3 MBW (120 шт).

В состав ветровой энергоустановки входит: ветрогенератор и опора – из стали, лопасти – из пластика; мини-ГЭС – из стали; солнечные: модуль из кремния, корпус – из алюминия и стекла, опора – из стали; аккумулятор – свинец, серная кислота и пластмассовый корпус.

Массы кабелей и устройств управления приблизительно одинаковые во всех случаях, поэтому в расчетах не учитывались.

Был рассчитан общий расход электрической энергии на производство энергоустановок ВИЭ по удельным расходам электроэнергии для каждого материала. Для ВЭУ расход составил 2786,62 кВт·ч, СЭУ – 13922,22 кВт·ч, мини-ГЭС – 1380 кВт·ч. Анализ показывает, что наиболее энергоемким является производство солнечных энергоустановок.

Для экологической оценки расхода электроэнергии на процесс производства энергоустановок ВИЭ были проведены расчеты выбросов вредных веществ в атмосферный воздух при сжигании топлива.

Результаты исследования показали, что:

в процессе производства всех возобновляемых энергетических установок происходит загрязнение окружающей среды;

минимальный уровень загрязнения соответствует производству мини-ГЭС;

максимальный уровень загрязнения соответствует производству солнечных энергоустановок.

УДК 621.331.3.025.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР ТЯГОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОЛНУЮ СИММЕТРИЮ ТОКОВ

И НАПРЯЖЕНИЙ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Нормы качества электроэнергии обеспечивают уровень электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в системах тягового электроснабжения переменного тока. Искажения режимных параметров в питающей электрической сети ЭЭС следует рассматривать как кондуктивные помехи, обусловленные влиянием процесса преобразования нечетного количества фаз в четное, некратное трем.

Выполнены исследования путей усовершенствования подстанций с числом фаз на вторичной стороне, некратным трем. Усовершенствование подстанций сводятся к изменению их структуры. Рассмотрены подстанции с одно- и трехфазным трансформатором, с трехфазно-двухфазным трансформатором по схеме Вудбриджа и трехфазно-двухфазным трансформатором по схеме Скотта.

Проведен детальный анализ режимов работы для каждого из перечисленных схемных решений подстанций с использованием символического метода расчета электрических цепей переменного тока и векторных диаграмм. Предложена упрощенная математическая модель для расчета токов в первичной линии электропередачи на основе токов во вторичных цепях трансформаторов и оценки коэффициента несимметрии, так как известная модель, основанная на непосредственном применении законов электротехники, является слишком громоздкой и неудобной.

Комбинированная подстанция, состоящая из трехфазного и однофазного трансформаторов, дает несимметрию по току 0 %. Схема Вудбриджа состоит из трехфазных трансформаторов, включенных на первичной стороне по схеме «звезда», а на вторичной – по схеме «треугольник». Она дает такую же несимметрию. В то же время для трехфазного трансформатора в комбинированной схеме несимметрия составляет 100%. Недостатками таких схем является перегрузка одной из фаз и недоиспользование двух других фаз у каждого из трехфазных трансформаторов, их излишняя громоздкость и невозможность обратного преобразования числа фаз.

Необходимо отметить, что схема Вудбриджа обладает теми же недостатками, что и комбинированная. Кроме того, структура данной схемы из-за наличия трех трехфазных трансформаторов и выходного автотрансформатора является весьма громоздкой. Наконец, существенный недостаток схемы Вудбриджа –необратимость, которая не позволяет в случае необходимости преобразовать две фазы в три.

Рассматривается обеспечение симметрии загрузки фаз на подстанциях путем применения трансформаторов, включенных по схеме Скотта, которая свободна от недостатков упомянутых схемных решений. Доработка исходной схемы Скотта путем расщепления вторичных обмоток позволила осуществить преобразование трех фаз в четыре. Равенство токов во вторичных обмотках и 90-градусный фазовый сдвиг между ними обеспечивает симметрию токов в первичных обмотках.

Схема Скотта является наиболее приемлемой структурой преобразователя, который обеспечивает нулевую токовую несимметрию при равномерной загрузке как вторичных, так и первичных обмоток.

УДК 621.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДСИСТЕМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ АЭС

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева1, Надёжность, живучесть, безопасность и экономичность современных АЭС обеспечивается на всех стадиях жизненного цикла: прогнозирование, проектирование, строительство, монтаж, пуск, эксплуатация, утилизация. АЭС – большая техническая система с возможностью возникновения аварий, отказов, технологических нарушений, сбоев, инцидентов, сопровождающихся технико-экономическими, экологическими, социальными и другими последствиями. Крупнейшие техногенные катастрофы АЭС «Три-Майл-Айленд», Чернобыльской, «Фукусима» показали их цену. Естественно, что особое внимание должно уделяться качеству выполнения проектных работ. По оценкам некоторых экспертов, затраты на устранение проектных ошибок достигают 40% затрат от конечной стоимости объекта.

Результаты деятельности крупнейших российских компаний, проектирующих схемы выдачи мощности и собственные нужды АЭС, показывают, что наиболее часто возникают следующие основные ошибки, источники которых обнаруживаются в подсистемах: сбора и обработки исходных данных при предоставлении неточной, нечёткой, неопределённой исходной информации; обоснования проектных решений техническими и экономическими расчётами, сметами; процессов проектирования, регламентированных нормативными документами; корректировки технического задания, определения промежуточных и окончательных сроков выполнения проекта; материально-технического снабжения при поставках оборудования частично несоответствующего заявленным параметрам; автоматизированного проектирования (САПР) и в программных продуктах; нормативно-технической и правовой базы проектирования; регламентов взаимодействия проектировщиков, смежников, субподрядчиков и заказчиков; управления исполнителями проекта, подготовки кадров и в ряде других.

Для минимизации ряда последствий возможных ошибок проектирования подсистем электрической части АЭС необходимо: исключить возможность несоответствия заказных спецификаций разработанной документации с помощью внедрения САПР; обеспечить соответствие проекта международной системе качества проектных работ на базе ISO 9001; применение концепции Multi-D, позволяющей трёхмерную визуализацию принятых решений;

внедрение АСУП, например, на базе MS Project для четкого регламента взаимодействия всех заинтересованных сторон; разработать и внедрить систему оценки возможных потерь (ущерба) при отказах, чрезвычайных ситуациях, отклонениях режимов от проектных; разработать и внедрить систему классификации, оценки и управления рисками возможных проектных ошибок; обеспечить квалифицированную экспертизу проектных решений; периодически проводить повышение квалификации всех руководящих и технических исполнителей, а также обеспечивать ряд других мероприятий, повышающих качество проектных работ.

Поскольку проблема выявления и устранения ошибок проектирования является сложной инженерной задачей, для её эффективного решение требуется использование математического аппарата современной прикладной математики, включающего теорию вероятностей и математической статистики, теорию больших технических систем, теорию надёжности, теорию принятия решений в условиях неопределённости, теорию управления проектами, теорию рисков и др. Только тогда можно будет с уверенностью принимать проектные решения с минимальным уровнем систематических и случайных ошибок.

УДК 621.

К ВОПРОСУ О НОРМИРОВАНИИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Дзержинский политехнический институт (филиал) НГТУ им. Р.Е. Алексеева Начиная с 2000 г. в Российской Федерации проводятся изменения, касающиеся контроля качества электрической энергии. Нормы качества электрической энергии, методы и процедуры измерений устанавливал [1]. В 2000 и 2002 гг. были введены два РД, которые определили процедуры выполнения измерений, обработки и представления результатов.

На сегодняшний день в области нормировании качества электрической энергии действуют стандарты [1, 2] и введенные 1 января 2014 г. межгосударственные стандарты [3, 4, 5]. Стандарт [2], введенный 1 января 2010 г., имеет отличия от [1] в части значений норм качества электрической энергии, которые приближены к значениям, указанным в европейских нормативных документах. Также были изменены интервалы усреднения показателей качества электрической энергии, отчетные периоды, введены понятия «маркированные данные», «интергармонические составляющие», «прерывания напряжения», введена классификация провалов, прерываний напряжения и перенапряжений. В новом стандарте исключены режимы наименьших и наибольших нагрузок, отсутствуют нормально допустимые отклонения напряжения, указаны только предельно допустимые отклонения напряжения (±10%) в точках передачи электрической энергии. Допустимые уровни напряжения на зажимах электроприемников теперь определяются характеристиками самого электроприемника. В электрических сетях среднего и высокого напряжений вместо значений номинального напряжения применяется согласованное напряжение.

Некоторые несоответствия нового стандарта с европейскими нормами раскритикованы многими авторами, так как требования необоснованно завышены. Так, нормы отклонения частоты существенно затрудняют внедрение источников малой генерации в распределительных сетях. Однако с подобной критикой можно и не согласиться, оценив завышенные требования как меру, направленную на скорейшую замену устаревшего и ветхого электрооборудования с учетом специфики соблюдения нормативных документов в Российской Федерации. Кроме того, в [2] отсутствуют методы измерений и положения по организации контроля качества электрической энергии. Вместо этого [2] ссылается на введенные в 2008 г. стандарты, которые 1 января 2014 г. были заменены стандартами [3] и [4]. Стандарты 2008 г. потребовали обновления парка измерительных приборов для измерения показателей качества электрической энергии.

Оба стандарта [1, 2] на сегодняшний день действующие. Энергоснабжающим организациям предлагается по своему усмотрению использовать нормы того или иного стандарта. С 1 июля 2014 г. вместо стандартов [1] и [2] вводится межгосударственный стандарт [6], который во многом повторяет [2]. В новом стандарте даются ссылки на [3] и [4]. Однако стандарты [3, 4] ссылаются на определения и нормы, указанные в давно устаревшем стандарте [1], что вносит некоторую неразбериху. Очередное изменение стандартов потребует лишь изменения эксплуатационной документации средств измерений показателей качества электроэнергии, над чем уже начали работать производители.

В итоге, с 1 июля 2014 г. будет действовать следующий набор стандартов: [3], [4], [5], [6]. Эти стандарты определяют нормы качества электрической энергии, а также методы измерений показателей качества электрической энергии и положения по организации контроля качества электрической энергии.

1. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М., 1997.

2. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная.

Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М., 2010.

3. ГОСТ 30804.4.7-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. – М., 2013.

4. ГОСТ 30804.4.30-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная.

Методы измерений показателей качества электрической энергии. – М., 2013.

5. ГОСТ 32145-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная.

Контроль качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М., 6. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная.

Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М., 2013.

УДК 621.311.

О РАЗРАБОТКЕ МЕТОДИКИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО ВЫБОРА

ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ВИЭ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Проблема разработки энергоэффективных систем электроснабжения (СЭС) с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) обуславливает актуальность задачи оптимизации выбора энергетических установок (ЭУ) на ВИЭ. Решение данной задачи включает разработку методик и математических моделей обоснования выбора оптимальной конфигурации и состава электротехнических комплексов с ЭУ на ВИЭ, учитывающего режимы поступления первичных источников энергии, графиков электрической нагрузки потребителей и др., а также создание базы данных технических характеристик ЭУ на ВИЭ различных производителей.

Авторами разработана методика многокритериального выбора ЭУ на ВИЭ, учитывающая как суммарное влияние разнородных критериев (энергетических, экологических, экономических, социальных), так и уровень (ценность) влияния каждого отдельного критерия на достижение конечного результата – выбор оптимального сочетания ЭУ на ВИЭ в составе электротехнического комплекса.

Алгоритм многокритериального выбора включает шесть основных блоков:

1) отбор ЭУ из автоматизированной информационной базы данных (АИ БД) с применением критерия Парето;

2) приведение оценок объектов по характеристикам к безразмерному виду;

3) определение коэффициентов ценности критериев оценки;

4) определение взвешенных оценок ЭУ;

5) комплексная оценка ЭУ. Расчет суммы взвешенных оценок;

6) применение функции полезности.

Разработанная методика позволяет оценить оптимальные конфигурацию и состав электротехнических комплексов с ЭУ на ВИЭ и направлена на повышение эффективности проектирования систем электроснабжения с ВИЭ.

УДК 621.64(083.7)

СОПОСТАВЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКИХ И РАСЧЕТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Для оценки эффективности работы трубопроводов тепловых сетей проводится сопоставление фактических режимных показателей с их расчетными значениями. К режимным показателям относятся удельный расход сетевой воды на отпущенную тепловую энергию, перепад температур между подающей и обратной линиями, а также температура сетевой воды в обратной линии. Приведенные по приборам учета показатели (фактические) сопоставляются с расчетными (нормируемыми) значениями, принимаемыми на основании материалов по разработке режимных характеристик трубопроводов тепловых сетей.

С целью приведения нормируемых показателей в сопоставимые условия по температурам воды в подающей линии при анализе проводится их определение по приведенным температурам наружного воздуха, получаемым путем горизонтального переноса точек с фактическими температурами в подающей линии до их пересечения с температурным графиком подающей линии. Необходимость корректировки вызвана тем, что нормативные показатели определяются при условии соблюдения температурного графика тепловой сети. Для сопоставления могут быть приняты средненедельные параметры при отрицательных температурах наружного воздуха (на диапазоне качественного регулирования) и одна точка при положительных температурах, для которых температура сетевой воды в подающей линии соответствует принятой при разработке нормативных характеристик.

В тепловых сетях при всех температурах наружного воздуха допустимое отклонение температур сетевой воды в подающей и обратной линиях, а также расход сетевой воды на отпущенную тепловую энергию не должен превышать 3–4%, согласно «Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей».

Завышение удельных расходов воды в сети может привести к завышению по сравнению с расчетными значениями температур в обратной линии и занижению располагаемого (срабатываемого) перепада температур между подающей и обратной линиями на котельной.

Сопоставление фактических и расчетных показателей эксплуатации трубопроводов тепловых сетей позволяет проанализировать работу тепловых сетей в целом, выявить проблемы, возникающие в процессе многолетней эксплуатации и предложить современные надежные методы их решения.

Для примера можно рассмотреть Предприятия №3 Филиала №2 «Мостеплоэнерго»

ОАО «МОЭК».

В целом за рассматриваемый период (январь-март 2012 г.) завышение удельных расходов воды при соблюдении температурного графика оценено в 7% по сравнению с нормируемой величиной при завышении (ориентировочно) на 5–7% температуры в обратной линии. Такие значения обусловливаются в основном занижением температуры в подающей линии, загрязнением систем отопления зданий, а также плохой наладкой и регулировкой систем теплопотребления тепловых пунктов без приборов учета, в основном находящихся на балансе абонентов.

УДК 621.316.

О СПОСОБАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Низкое качество электрической энергии, характерное для электрических сетей 0,4 кВ [1], и отсутствие регулирования напряжения данного класса делает актуальным разработку средств регулирования в распределительных электрических сетях.

Известен достаточно широкий спектр современных типов регуляторов напряжения [2].

По конструктивному исполнению их можно разделить на две группы – механические и бесконтактные. К механическим регуляторам относятся устройства ПБВ и РПН. Данные устройства обеспечивают дискретное регулирование напряжения путем изменения коэффициента трансформации трансформатора. К недостаткам механических регуляторов следует отнести высокий износ контактов и низкое быстродействие. Бесконтактные устройства регулирования на базе элементов силовой электроники позволяют реализовать как дискретное, так и импульсно-фазовое регулирование. Указанные регуляторы отличаются высоким быстродействием и многофункциональностью, однако при своей работе могут генерировать высшие гармонические составляющие тока и напряжения.

К перспективной группе регуляторов относятся устройства, основанные на технологиях D-FACTS (Distribution Flexible Alternative Current Transmission Systems). Данные устройства решают вопросы регулирования потоков мощности в распределительной электрической сети. При этом во время работы устройств на основе D-FACTS не происходит генерирование высших гармоник тока и напряжения.

Выбор способов и средств регулирования напряжения должен определяться поставленными задачами.

1. Линвит-сертификации электроэнергии [Электрон. ресурс]. – URL: http://www.linvit.ru (дата обращения:

25.03.2014).

2. Концепция интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно-адаптивной сетью / под ред. акад.РАН В.Е. Фортова, А.А. Макарова. – М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2012. – 235 с.

УДК 621.311.24+681.5.037.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ ВЕТРОУСТАНОВКИ

В СОСТАВЕ ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Развитие локальных систем электроснабжения с ветроэнергетическими установками (ВЭУ) в удаленных населенных пунктах Севера и Дальнего Востока страны позволит вдвое сократить завоз топлива, повысить уровень региональной энергетической безопасности. При использовании в системе генерирования разнохарактерных источников соизмеримой мощности возникает проблема обеспечения их устойчивости. Вопросы устойчивости работы возобновляемых источников энергии, в частности ВЭУ, практически не изучены.

Устойчивость работы ВЭУ зависит от правильности подбора характеристик турбины и генератора, а также от их конструкции и параметров.

Построены мощностные и моментные характеристики ВЭУ при различных скоростях ветра (рис. 1). Анализ характеристик показал, что для рассматриваемой ВЭУ обеспечивается устойчивый режим работы как при вертикальной характеристике генератора с постоянной частотой вращения (линии 2, 3, 4), так и при наклонной характеристике с переменной частотой (линия 1).

Рис. 1. Мощностные и моментные характеристики ВЭУ при различных скоростях ветра Выполнен анализ влияния типа генераторов и турбин на устойчивость ВЭУ. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по повышению устойчивости работы ВЭУ в составе локальных систем электроснабжения. Так, с точки зрения устойчивости в современных ВЭУ предпочтительно применение асинхронизированных синхронных генераторов. Их основное преимущество заключается в способности генерировать напряжение постоянной частоты при переменной частоте вращения. По типу ветротурбин предпочтительнее вертикально-осевые ВЭУ, поскольку они характеризуются эффективной работой при любом направлении ветра, меньшей занимаемой площадью, простотой конструкции, меньшим уровнем шума, большим сроком службы рабочих частей.

Для исследования влияния на устойчивость внешних возмущений, под которыми понимаются изменения скорости ветра и величины нагрузки, разрабатывается имитационная модель локальной системы электроснабжения с ВЭУ.

На основе полученных результатов будут разработаны рекомендации по повышению устойчивости в локальных системах электроснабжения с ВЭУ, которые должны обеспечивать методологическое сопровождение проектирования подобных систем.

Подсекция 2. УДК 621.373. Я. Э.БАРКОВСКИЙ, А.В. БОБРОВА, В.А. ГРАЧЕВ, Т.С.ЛУКОЯНОВА

ВЛИЯНИЕ ПАРАЗИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ

НА ПОЛОСУ ПРОПУСКАНИЯ КАНАЛА ВОЛС

ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МОДУЛЯЦИИ ТОКА НАКАЧКИ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева В настоящее время, наряду с системами передачи цифровых сигналов, активно развиваются системы передачи широкополосных аналоговых СВЧ сигналов по волоконнооптическим линиям связи. Это связано с необходимостью снижения потерь при передаче сигналов между удаленными СВЧ блоками и антеннами. Для реализации аналоговых ВОЛП используются оптические приемо-передающие модули, которые имеют не только необходимый частотной диапазон, но и обеспечивают требуемый динамический диапазон, имеют низкий уровень собственных шумов и могут качественно работать в заданном диапазоне температур.

В современных волоконно-оптических системах передачи информации в качестве источников модулированного оптического сигнала широко применяются полупроводниковые лазеры с распредёленной обратной связью (в англоязычной литературе Distributed Feedback Laser, DFB) с длиной волны излучения 1,55 мкм и выходной мощностью до 50 мВт. DFBлазеры, представляющие собой модификацию простейших лазерных диодов с резонатором Фабри-Перо, обладают более сложной технологией изготовления. Главными преимуществами DFB-лазеров являются обеспечение высокостабильного режима одномодовой генерации, а также уменьшение зависимости длины волны лазера от тока инжекции и температуры.

В технике оптических систем передачи наиболее часто благодаря своей относительной простоте применяется прямая модуляция тока накачки лазера. Однако необходимо учитывать, что на полосу пропускания аналогового волоконно-оптического тракта существенное влияние могут оказывать паразитные RLC-параметры лазерного диода: сопротивление кристалла и его емкость, индуктивности выводов, паразитные параметры корпуса и т.д. Отсюда возникает необходимость разработки драйверов, имеющих возможность компенсации паразитных реактивных сопротивлений лазерного диода. Для обеспечения согласования лазера с драйвером необходимо обладать информацией об RLC-параметрах лазера, однако в настоящее время производители полупроводниковых лазеров не указывают не только RLCпараметры, но даже полное сопротивление своих излучателей.

В данной работе представлена схема замещения лазерного излучателя, описывающая его электрические параметры. Для измерения полного сопротивления была собрана установка на основе векторного анализатора цепей. По зависимостям активной и реактивной составляющих полного сопротивления излучателя от частоты были произведены расчеты параметров эквивалентной схемы лазерного диода. Полученные результаты позволяют оптимизировать схему модулятора для получения максимальной ширины полосы пропускания и минимальной неравномерности коэффициента передачи в ней.

УДК 629. Д.В. ГАРЕВ, М.П. ТЮРИКОВ, Д.А. ХРАМОВ, А.А. КУЗНЕЦОВ, К.О. ГОНЧАРОВ

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТЕ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Выбор аккумуляторных батарей на стадии проектирования электрической части электротранспорта является не менее важной задачей, чем выбор электродвигателя. В настоящее время в НГТУ им. Р.Е. Алексеева ведутся работы, связанные с проектированием силовой установки высокоскоростного водного маломерного транспорта, движущегося на электрической энергии. Проект «Солнечная регата», реализуемый совместно тремя институтами – ИТС, ИНЭЛ и ИНЕУ, ставит целью эффективное накопление электрической энергии солнечных батарей в АКБ и отдаче ее электродвигателю судна.

Аккумуляторные батареи определяют такие важные параметры, как дальность хода, безопасность и удобство эксплуатации. Правильный выбор батарей избавляет от ряда проблем, которые могут возникнуть при дальнейшей эксплуатации транспортного средства. В настоящее время на рынке, наряду с традиционными аккумуляторами, все большее распространения получают новые технологии. Поэтому сравнительный анализ аккумуляторных батарей является наиболее целесообразным.

Наиболее широкое применение получили свинцовые аккумуляторы (SLA). Применяют стартовые аккумуляторы в автомобилях, тяговые – на электротранспортных средствах, аварийные – в управляющих процессами автоматизированных системах, накопительные системы – в энергосистемах альтернативной энергетики. Из-за небольшой стоимости, оптимальной емкости и мгновенной способности отдачи большого тока этот вид батарей стал распространенным. Батарея имеет свинцовые пластины в каждом аккумуляторе и заполнена электролитом на основе серной кислоты и дистиллированной воды. Конструктивное устройство аккумулятора может быть двух типов: свинцово-кислотные обслуживаемые аккумуляторы и свинцово-кислотные необслуживаемые аккумуляторы.

Среди необслуживаемых наиболее распространены гелевые GEL. Это необслуживаемые герметизированные батареи (свинцово-кислотные) с гелеобразным состоянием электролита (в обычном аккумуляторе – жидкое) и высокой стабильностью электрических характеристик при движении и перемещении. Недостатком GEL-аккумуляторов являются зависимость их параметров от температуры окружающей среды и высокие требования к стабильности тока при заряде.

Кислотные аккумуляторы типа AGM относятся к необслуживаемым батареям. Изготовлены по технологии абсорбированного в стекловолоконной материи электролита, менее чувствительны к окружающим температурам, но также требуют стабильной (не хуже +/-1%) зарядки. Широко используются в изделиях солнечной энергетики: электровелосипедах, электроскутерах и др.

Наиболее перспективными в электротранспорте являются литиевые аккумуляторы (Li-ion), «питающие» электромобили, электровелосипеды, служащие накопителями энергии во всех видах альтернативной энергетики. Литиевые аккумуляторы используют положительно заряженные ионы лития в качестве переносчика тока. К преимуществам подобного вида батарей относят: высокую емкость; большое количество циклов заряда-разряда; повышенный ресурс работы; отсутствие «эффекта памяти»; быструю зарядку; сравнительно небольшой вес; низкий саморазряд и способность работать в низкотемпературных условиях.

Среди недостатков специалисты отмечают высокую стоимость и необходимость наличия системы, контролирующей заряд/разряд. Одним из видов литиевые аккумуляторов является литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP), наиболее востребованный для электротранспорта и альтернативной энергетики. Рабочее напряжение таких батарей 3,3 В, циклов заряда-разряда более 2000, срок хранения 15 лет.

УДК 629. Д.А. КОЛЕСНИЧЕНКО, Д.В. ГАРЕВ, Д.А. ХРАМОВ, А.А. КУЗНЕЦОВ

ВОПРОС ВЫБОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ МАЛОМЕРНОГО СУДНА

КЛАССА SOLAR REGATTA

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева В настоящее время в НГТУ им. Р.Е. Алексеева ведутся работы по созданию маломерного судна, движущегося на энергии солнца и участвующего в международном проекте «Солнечная регата». Студенты – инженеры и экономисты проекта трех институтов ИТС, ИНЭЛ, ИНЭУ встают перед выбором производительного и надежного электродвигателя для судна. Известно, что на маломерном водном транспорте в качестве основного или дополнительного движителя применяются двигатели на электрической тяге (рис. 1). Электродвигатели бесшумны, экологически чистые и обладают большой тягой. Устанавливаются практически на любое судно от одноместных надувных лодок до многоместных катеров. Недостатки электродвигателей сводятся к невысокой скорости передвижения, не более 5–7 км/ч, невозможности передвижения при сильном течении или сильном ветре.

Nissamaran, Flover, WaterSnake. При сравнении двигателей одного класса электродвигателей для лодок с максимальным весом от 750 кг до 800 кг основное принципиальное различие состоит в максимальном потребляемом параметрах. С точки зрения снижения массы, что выступает существенным фактором во время проведения соревнований «Солнечная регата», наиболее легким (m = 6,8 кг) является модель F33T от Flover, однако тяга двигателя составляет 15 кг, что снижает скоростные характеристики судна. Исходя из максимальной тяги электродвигателя моторы Minn Kota Endura 36 и Nissamaran модели FT44TH, – тяга составляет 19,5 кг. Если в характеристиках электродвигателя указана только «тяга» (кг Рис. 1. Лодочный электромотор Важным параметром электродвигателей является максимальный потребляемый ток, исходя из параметров которого происходит подбор аккумуляторных батарей. Здесь наибольший показатель по потреблению у наиболее мощного мотора WaterSnake – 40А.

Также возможны две принципиально разных системы управления двигателем – ручная и ножная. Ручное управление аналогично управлению обычных подвесных бензиновых моторов - поворот направления румпелем, вращение ручки «газа» добавляет или уменьшает ход, переключая двигатель на другую рабочую скорость. Двигатели с вариаторным управлением переключают скорости плавно, без щелчков.

УДК 621.

АНАЛИЗ СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

ФАЗОПОВОРОТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Во всём мире наблюдается постоянный рост потребления электроэнергии. Одним из путей увеличения количества доступной для потребителя электроэнергии является уменьшение потерь при передаче электроэнергии в электросетях. Поэтому актуальной задачей преобразовательной техники является разработка устройств, осуществляющих снижение потерь при передаче электроэнергии.

сдвига между векторами напряжений источника и примника электроэнергии в одной или нескольких линиях, то можно перераспределять потоки мощности между линиями электрической сети. Это позволит реализовать более благоприятные сценарии загрузки линий высокого напряжения нашли применение фазоповоротные трансформаторы с механическим контакторным переключателем. Среди недостатков такого Рис. 1. Векторная диаграмма устройства следует отметить его непригодность в слунапряжений ФПУ чаях глубокого регулирования угла поворота фаз и малое быстродействие высоковольтного коммутатора. В сетях среднего напряжения ведутся разработки ФПУ с тиристорными коммутаторами. Высокая коммутационная способность, надежность и динамические характеристики полупроводниковых ключей превосходят аналогичные характеристики механических переключателей.

Но при существующих алгоритмах управления возникают ситуации, приводящие к формированию контура протекания ударного тока короткого замыкания [1].

В связи с недостатками перечисленных ФПУ предлагается использовать в качестве ФПУ объединенный регулятор потоков активной и реактивной мощности. В качестве коммутируемых элементов в данном устройстве применяются силовые IGBT транзисторы. Объединенный регулятор потоков активной и реактивной мощности регулирует величину напряжения, фазовый угол и величину сопротивления линии.

Применение устройства в электроэнергетике позволит повысить управляемость режимов и устойчивость ЭЭС. Благодаря этому становится возможным уменьшение частоты срабатывания противоаварийной автоматики, обеспечивается повышение качества электроэнергии и надежности электроснабжения потребителей.

1. Асташев, М. Г. Фазоповоротные устройства с тиристорными коммутаторами для активно-адаптивных электрических сетей / М.Г. Асташев, Д.И. Панфилов // Электричество. 2013. №8.

УДК 629. М.П. ТЮРИКОВ, Д.В. ГАРЕВ, Д.А. ХРАМОВ, А.А. КУЗНЕЦОВ, К.О. ГОНЧАРОВ

ВЫБОР СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

ТРИМАРАНА ПРОЕКТА SOLAR REGATTA

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Проблема выбора солнечных фотоэлектрических элементов для маломерного водного транспорта сводится к определению таких характеристик, как номинальное напряжение (Uн), паспортная мощность (Wр), напряжение максимальной мощности (Up), рабочий ток (Ip), напряжение холостого хода (Uxx), ток холостого хода (Iхх).

Требования технического регламента международного проекта Solar Regatta и условия использования фотоэлектрических элементов на транспорте выдвигают особые требования.

Для решения проблемы необходимо производить оценку по следующим факторам: условия эксплуатации, КПД и массогабаритные показатели, стоимость.

Солнечные батареи можно разделить на три типа: поликристаллические, монокристаллические и тонкопленочные.

Тонкопленочные батареи – перспективный тип фотоэлементов, но на данный момент сильно уступает в КПД (он составляет 5–6%) двум другим видам. Поликристаллический и монокристаллический тип батареи показан на рис. 1.

а – поликристаллический модуль, б – монокристаллический модуль Внешне модули отличить не сложно. Из рис. 1 видно, что у поликристалла клетки синего цвета с морозным узором, у монокристалла - черные с характерными углами.

Сравнение особенностей фотоэлектрических модулей показано в табл. 1.

Условия эксплу- Чувствителен к уровню освещенности. При интенсивном солнечном излучеатации Максимальная эффективность достига- нии проигрывает монокристаллу, но в КПД и массога- Изготавливают из сверхчистого крем- Дешевле в производстве, изготавлибаритные пока- ния, благодаря этому КПД составляет ваются из отработанных батарей, Стоимость Высокая стоимость из-за высокой тру- Простой процесс изготовления, стодоемкости производства имость ниже Согласно регламенту соревнований Solar Regatta, в которых планирует участие создаваемый в НГТУ им. Р.Е. Алексеева одноместный тримаран, и местности проведения самой регаты – город Москва, необходимо руководствоваться погодными условиями данного города.

Согласно сайту http://www.pogodaiklimat.ru/ получена статистика по солнечной активности столичного региона (табл. 2).

Как видим, в г. Москва преобладают облачные и пасмурные дни, а значит, согласно табл. 2, можно сделать вывод, что поликристаллические батареи окажутся более эффективными для тримарана.

Отдельного внимания заслуживает выходное напряжение солнечных батарей. Стандартный модуль с номинальным напряжением в 12 В состоит из 36 элементов, независимо от мощности (на мощность влияют размеры каждого из 36 элементов: чем больше размеры, тем больше мощность). 36 последовательно соединенных элементов по 0,5 В составляют порядка 18 В в точке максимальной мощности. Именно такое напряжение необходимо для заряда АКБ с напряжением 12 В, так как для полной зарядки напряжение на нем должно достичь 14,1–14,8 В в зависимости от типа аккумулятора. Предусматривается и запас на потери в проводах, контроллере и при нагреве модуля.

Таким образом, для маломерного водного транспорта в местах с малой солнечной активностью оптимально использовать фотоэлектрические элементы с напряжением около В и поликристаллической структурой, так как именно данная структура позволяет выработать наибольшее количество энергии в условиях облачной погоды.

УДК 629. Д.А. ХРАМОВ, М.П. ТЮРИКОВ, Д.В. ГАРЕВ, А.А. КУЗНЕЦОВ, К.О. ГОНЧАРОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА КОНТРОЛЛЕРА ЗАРЯДА РАЗРЯДА АКУУМУЛЯТОРНОЙ

БАТАРЕИ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева В современных системах контроллер заряда является звеном между солнечной батареей и аккумуляторами (рис. 1). Основная функция контроллера - нормирование напряжения, вырабатываемого фотоэлектрическими элементами, к напряжению заряда аккумуляторов с учетом их текущего состояния, в том числе их отключение от фотоэлементов при полной зарядке во избежание перезаряда. Однако недорогие модели контроллеров заряда обычно предотвращают перезаряд только по напряжению, но не по силе тока. В таком режиме работы слабые аккумуляторы, подключенные к мощному блоку фотоэлектрических преобразователей и мощному контроллеру заряда, могут выйти из строя в связи с большой силой электрического тока зарядки. Вероятность подобных режимов наблюдается в начале заряда аккумуляторов с высокой степенью разряда. При отсутствии специальных ограничителей силы тока, аккумуляторы перегреваются и интенсивнее происходит газовыделение, что сильно сокращает срок службы АКБ, может стать причиной взрыва и пожара.

Выделяются две основные разновидности контроллеров: ШИМ- и МРРТ- контроллеры. ШИМ контроллеры представляют собой электронное реле с микропроцессорным управлением, которое подключает или отключает солнечные фотоэлектрические элементы к аккумуляторам, поддерживая необходимое напряжение. При прямой коммутации выхода панели фотоэлементов на аккумуляторы из-за неоптимальной нагрузки напряжение может снижаться на 15–40%, а потери мощности могут превысить 25%. MPPT-контроллер (Maximum Power Point Tracking – отслеживание точки максимальной мощности) постоянно измеряет вырабатываемые фотоэлектрическими панелями силу тока и напряжение и обеспечивает их оптимальное соотношения. Данное соотношение зависит и от времени суток, и от текущей солнечной активности. Постоянный контроль позволяет достичь оптимального использования мощности батарей практически во всех режимах работы и уменьшить потери до 3%.

СЕКЦИЯ

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ

ПРИ НАЛИЧИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Одной из важнейших задач, решаемых в рамках технологического проектирования, является обеспечение требуемого качества деталей и машин при минимальных затратах ресурсов. Один из путей снижения материалоемкости – уменьшение припусков на обработку.

Существуют два метода расчета припусков: опытно-статистический и расчетноаналитический.

При опытно-статистическом методе припуск устанавливается суммарно на весь технологический процесс механической обработки, без расчета величины припуска по составляющим его элементам, а на основании опытных данных о фактических припусках, при которых производилась обработка заготовок аналогичных деталей машин. Опытностатистические значения припусков обычно завышены, так как они не учитывают особенностей выполнения технологических процессов, соответствуя условиям обработки, при которых припуск должен быть наибольшим.

Расчетно-аналитический метод базируется на учете выполнения конкретных условий принимаемого технологического процесса, анализе погрешностей, присущих каждому методу обработки, закономерностях уменьшения погрешностей предшествующей обработки и законе суммирования погрешностей.

Величина межпереходного припуска для наружных и внутренних цилиндрических поверхностей в данном случае определяется по формуле где RZi-1 – высота неровностей профиля на предшествующем переходе; hi-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе; i 1 – суммарные отклонения расположения поверхности; i – погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Расчет по этой зависимости позволяет получить оптимальную величину припуска, обеспечивающую необходимое качество поверхности при минимальном расходе материала заготовки. Однако, как показал анализ литературных источников, практически отсутствуют сведения о влиянии на составляющие припусков термической обработки. В связи с этим актуальна задача определения зависимостей для расчета припусков поверхностей, подвергающихся термической обработке.

Термическая обработка сопровождается как существенным изменением пространственной погрешности, так и величиной дефектного слоя.

Суммарную пространственную погрешность после термической обработке необходимо рассчитывать по формуле где К т.о – коэффициент изменения пространственной погрешности при термической обработке;

i 1 – суммарная пространственная погрешность заготовки перед термической обработкой.

В работе приводится методика определения коэффициента пространственной погрешности при термической обработке К т.о, величины дефектного слоя поверхности после термической обработки, а также межпереходных размеров.

УДК 621.

НАИВЫГОДНЕЙШИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ КПДВС Р-4, =, ДМ

С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ИМПУЛЬСОВ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ

ИНДИКАТОРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Повышение индикаторных показателей атмосферного ПДВС Р-4, = 2,692 дм3, оборудованного органами выпуска и впуска подсистемы газообмена транспортного средства (комплектация Нетто) до уровня показателей без органов выпуска и впуска подсистемы газообмена транспортного средства (комплектация Брутто) на сегодняшний день остаётся одним из основных направление улучшения индикаторных показателей двигателей с посторонним зажиганием. Научные исследования, посвященные данной проблеме, многочисленны и разнообразны. В то же время малоисследованным остаётся влияния режима работы турбонаддува с преобразованием импульсов во время свободного настроенного выпуска отработавших газов на настройку гидравлических характеристик органов выпуска подсистемы газообмена процесса выпуска. Научные публикации по этой теме в основном ограничиваются констатацией факта перепуска 45–55% массы рабочего тела, минуя турбину в резонатор органов выпуска подсистемы газообмена КПДВС. При этом задача достижения необходимых гидравлических характеристик органов выпуска подсистемы газообмена с помощью рационального инженерного решения поднимается реже, но в то же время имеет практически важное значение.

Рис. 1. Рациональная схема настройки органов выпуска и впуска КПДВС 1 – КПДВС; 2 – настроенный выпускной коллектор; 3 – смесительная камера; 4 – клапан перепускной; 5 – конус, 6 – ресивер; 7 – резонатор; 8 – глушитель; 9 – турбина; 10 – компрессор; 11 – охладитель наддувочного воздуха; 12 – впускной трубопровод Основная задача данной работы – создание руководящей методики достижения необходимой «картины» преобразования импульсов, соответствующей рациональным показателям гидравлической характеристики процесса выпуска. Этапы решения данной задачи можно обозначить следующим образом: 1) выбор критерия оценки наивыгоднейшего режима работы КПДВС с преобразователем импульсов; 2) определение связи свободного выпуска отработавших газов с гидравлической характеристикой турбонаддува с преобразователем импульсов; 3) разработка методики достижения наилучших индикаторных показателей КПДВС путём рационального инженерного решения органов выпуска подсистемы газообмена на скоростных и нагрузочных режимах работы.

В работе было предложено два основных критерия оценки турбонаддува с преобразованием импульсов: 1) степень настройки органов выпуска на режиме работы максимального крутящего момента; 2) наивыгоднейшие гидравлические характеристики органов выпуска подсистемы газообмена с преобразованием импульсов на режиме максимальной мощности, (рис. 1).

Предложена методика оценки работы рационального инженерного решения органов выпуска и впуска подсистемы газообмена КПДВС позволяет создать подсистему ориентиров при решении задачи при достижении оптимальных индикаторных показателей при использовании эффекта предварительного свободного выпуска отработавших газов.

УДК 004.046.

К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННОГО

СОПРОВОЖДЕНИЯ APQP – ПРОЦЕССА ДЛЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ

ПРЕДПРИЯТИЙ – ПОСТАВЩИКОВ АВТОКОМПОНЕНТОВ

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева В настоящее время мировые требования к поставщикам автокомпонентов постоянно ужесточаются, и это приводит к тому, что российским предприятиям-поставщикам становится всё труднее выдерживать конкуренцию с зарубежными производителями. Крупнейшие иностранные корпорации выбирают в качестве площадки для своего производства территорию России. Но СМК многих российских предприятий-поставщиков – оказываются не соответствующими требованиям мировых стандартов, поэтому в большинстве случаев необходимые комплектующие для производства иностранных автомобилей в России поставляются из-за рубежа. В этой связи, тема разработки модели информационного сопровождения APQP-процесса для отечественных предприятий-поставщиков является актуальной.

APQP-процесс планирования, разработки, подготовки и осуществления производства – структурированный метод определения и своевременного выполнения поставщиком всех этапов работы, необходимых для обеспечения требований и ожиданий потребителя автокомпонентов [1].

Целью APQP-процесса является обеспечение на его выходе запланированного качества серийно производимых автокомпонентов, соответствующих требованиям и ожиданиям потребителей. Внутренней целью рассматриваемого процесса является четкое взаимодействие всех его участников и обеспечение своевременного выполнения требуемых этапов работы при приемлемых затратах.

Для проведения APQP-процесса на предприятии должна быть создана межфункциональная APQP-команда. Она должна иметь в своем составе представителей служб, которые существенным образом влияют на выполнение всего APQP-процесса (как правило, служб маркетинга, проектирования, производства, управления качеством, управления закупками, служб продаж и сервиса и др.).

Целью APQP-команды является планирование и координация всех действий по выполнению APQP-процесса для гарантированного обеспечения качества будущей серийной продукции [1].

В национальном стандарте Российской Федерации ГОСТ Р 51814.6 – 2005 [1] описана методология планирования, разработки, подготовки производства и производства автомобильного компонента с акцентом на предупреждение ошибок, постоянное улучшение и совершенствование продукции, которая должна соответствовать требованиям потребителя и предвосхищать их.

Однако, на наш взгляд, для наиболее эффективного внедрения и выполнения APQPпроцессов на предприятиях-поставщиках необходимо разработать и ввести в применение модель информационного сопровождения APQP-процесса, которая будет отражать абсолютно все входы и выходы процессов, включая сопроводительную документацию, и поможет APQP-команде наиболее эффективно достигать своих целей.

1. ГОСТ Р 51814.6 – 2005 – Системы менеджмента качества в автомобилестроении. Менеджмент качества при планировании, разработке и подготовке производства автомобильных компонентов. – М.: Изд-во стандартов, 2005.

УДК 621.

АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО

ДЕФОРМИРОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева В машинах и механизмах различного технологического назначения важными соединениями являются контактирующие детали со сферическими поверхностями типа шаровой палец передней подвески автомобиля и шарнирные соединения в авиастроении. К таким соединениям предъявляются особые требования по следующим параметрам:

контактная жесткость;

точность размеров и формы;

шероховатость рабочих поверхностей;

размерная стабильность;

износостойкость.

Как показал комплексный анализ различных методов обеспечения необходимого качества поверхностного слоя деталей машин, по параметрам, приведенным выше, наиболее эффективными являются методы ППД (поверхностно-пластического деформирования). В работе был проведен анализ имеющихся устройств для осуществления поверхностного пластического деформирования сферических поверхностей, на основе имеющихся патентов в этой области. Стоит отметить, что, несмотря на наличие большого количества таких устройств, многие вопросы остались не решены.

В ходе анализа ряда таких устройств (патент RU2332295, патент RU2275287, патент RU2276005, патент RU2332294, патент RU2350455, патент RU2370355 и др.) были выявлены следующие недостатки данных устройств:

некоторые из устройств не обеспечивают равномерность упрочнения сферической поверхности;

предназначены, как правило, для обработки поверхности определенного диаметра и не имеют возможности переналадки, что снижает их область использования;

низкая автоматизация процесса обработки;

нет возможности регулирования рабочего давления в процессе обработки и др.

сложная кинематика взаимодействия детали и инструмента, требующая специального оборудования для реализации метода;

Представленные устройства имеют ограниченные технологические возможности, поэтому необходим поиск путей расширения технологических возможностей данной группы устройств.

Таким образом, при разработке нового устройства необходимо обеспечить:

простоту конструкции инструмента и его технологичность;

высокую производительность обработки;

точность формы и необходимую шероховатость обрабатываемой поверхности;

равномерное упрочнение всей поверхности сферы за счет кинематического взаимодействия инструмента и обрабатываемой детали, а также расположения деформирующих элементов по поверхности инструмента;

простоту настройки необходимого давления деформирующих элементов на поверхность сферы;

при необходимости применения данного инструмента на станках с ЧПУ, следует предусмотреть возможность закрепления его непосредственно на револьверной головке станка;

механизм регулировки рабочего давления в процессе обработки.

УДК 621.

АНАЛИЗ МЕТОДОВ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Важнейшим вопросом, интересующим современное машиностроительное производство, является вопрос повышения надежности деталей машин с различной формой и назначением. Большая часть деталей машин работает в условиях износа, коррозии, а также циклических нагрузок, разрушающих поверхностный слой материала. В условиях эксплуатации поверхностный слой подвергается наиболее сильному физико-химическому воздействию, поэтому к поверхностному слою предъявляются обычно более высокие требования, чем к основной массе детали. На сегодняшний день существует множество способов упрочнения поверхности металлов и сплавов с целью повышения их эксплуатационных характеристик, таких как твердость, коррозионная стойкость, усталостная прочность и др. Все эти способы разделяются на следующие основные классы:

термические методы;

методы поверхностной деформации (поверхностного наклепа);

химико-термические методы;

методы газотермического напыления;

ионное упрочнение;

электроискровое упрочнение;

упрочнение абразивно-алмазным инструментом и др.

В ходе анализа приведенных методов упрочнения была составлена сравнительная таблица и произведено сравнение методов в зависимости от возможностей формирования параметров качества поверхностного слоя, было выявлено, что методы поверхностной деформации имеют ряд преимуществ по сравнению с другими методами упрочнения. При этом упрочение лезвийным инструментом обеспечивает повышение точности размеров, уменьшение шероховатости, а структурные изменения не значительны. Упрочнение химикотермической обработкой в ряде случаев ухудшает точность размеров, изменяется структура поверхностного слоя, шероховатость при этом не меняется. Упрочнение напылением покрытий иногда ухудшает такие параметры, как точность размеров и шероховатость, и приводят к снижению твердости поверхности детали. Методы поверхностной деформации, обеспечивают: повышения точности размеров, уменьшение шероховатости, формирование на поверхности детали регулярного и частично регулярного микрорельефа, приводят к изменению кристаллической решетки, типа структуры поверхностных слоев и др. При этом, как показал комплексный анализ, многие традиционные методы упрочняющей обработки в определенной степени улучшают состояние и свойства поверхностного слоя лишь по ряду параметров, при этом они даже могут снизить отдельные параметры качества поверхности и эксплуатационные показатели деталей. Наибольшую эффективность имеют комбинированные методы упрочнения.

Таким образом, проведенный анализ позволил выявить наиболее эффективные методы упрочнения, обеспечить рациональный выбор того или иного метода обработки деталей с заданными эксплуатационными характеристиками и позволяет определить наиболее эффективные направления создания новых методов и устройств, обеспечивающих повышение надежности деталей машин.

УДК 004: 658.

ПРИМЕНЕНИЕ RFID-МЕТОК В СИСТЕМАХ ЛОГИСТИЧЕСКОГО

СОПРОВОЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CLOUD-ТЕХНОЛОГИЙ

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева В настоящее время всё более актуальным становится отслеживание доставляемого грузана всём протяжении пути, а также сравнение некоторых параметров прямо во время доставки в некоторых ключевых станциях. Но сложность состоит в том, что конкретный груз сложно отследить. Для этого можно использовать RFID-метки, а также возможность хранить информацию в «облаке» и при получении её с какой-либо станции на пути автоматически сравнивать со своими данными. Для этого необходимо соответствующее ПО, и наличие на промежуточных станциях в пути считывателей RFID-меток. Есть возможность установки таких считывателей на корабли, самолёты и другие транспортные средства, которые могли бы периодически транслировать эту информацию на спутник, а оттуда в «облако»

владельцев грузов.

В настоящее время не применяются данные технологии в совокупности. RFID-метки используются просто как штрих-коды, хотя они намного эффективнее. В основном сочетание RFID-метки и информации в «облаке» используются только на конечных станциях – на производствах, складах и т.д., причём используются только ручные считыватели RFID-меток, в то время как существуют устройства, которые могут накрывать определённый объём, что позволит автоматизировать как учёт на складах, так и проверку наличия в транспортных средствах груза.

При эффективном сочетании RFID-меток и «облачных» технологий появится возможность фактически непрерывно следить за перемещением груза и транспорта с ним. При смене транспорта это заносится в компьютер и поступает оттуда в «облако» грузовладельца.

Для решения проблемы постоянного мониторинга положения груза, а также его состояния можно применять сочетание RFID-меток и хранения информации в «облачных» хранилищах. Для решения проблемы их связи требуется написать соответствующую программу, которая будет принимать информацию со считывателей, переданную со станций, обрабатывать её, сравнивая с базовой, реагировать соответственно на изменение или их отсутствие. Потребуется установка на сам груз RFID-меток и считывателей этих меток на некоторых промежуточных станциях в пути и возможность передачи с этих приборов информации.

Решение данной проблемы позволит увеличить надёжность доставок, корректировать сроки поставок, искать утраченные грузы, автоматизировать проверку грузов и многое другое.

УДК 621.9.02.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАСТАЧИВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ

НА СТАНКАХ С ЧПУ

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова Большую группу обрабатываемых деталей на станках с ЧПУ составляют корпусные детали, которые являются составной частью почти всех машин. При обработке корпусных деталей диаметры основных отверстий под посадку подшипников выполняют по 7–8-му, реже по 6-му квалитету точности. Выдерживание отверстий по 6–7-му квалитету точности на многоцелевых станках с ЧПУ вызывает трудности. Вследствие этого, наряду с многоцелевыми станками, используют алмазно-расточные станки для окончательной обработки отверстий. Ограничение использования многоцелевых станков с ЧПУ обусловлено тем, что на точность размера, помимо динамических погрешностей, погрешности статической настройки инструмента вне станка, оказывает влияние погрешность установки и зажима инструмента с оправкой в шпиндель при его автоматической смене автооператором.

Для достижения 7-го квалитета точности на многоцелевом станке с ЧПУ разработана расточная оправка с коррекцией размерного износа инструмента (рис. 1).

Для компенсации размерного износа резца и погрешности установки оправки в шпиндель станка оправка поднастраивается следующим образом. На стол 13 станка помимо заготовки, устанавливается эталон. В соответствии с программой шпиндель 3 станка с ЧПУ перемещает расточную оправку в позицию поднастройки. При движении шпинделя 3 вниз торец эталона воздействует на рычаги 4. Рычаги 4 препятствуют перемещению цанги 5. При дальнейшем движении шпинделя 3 и корпуса оправки 6 цанга 5 раскрепляет ползун 7. Под воздействием пружины 12 ползун 7 перемещается вниз и через клин 8 двигает резцедержатель 9, который установлен на корпусе оправки 6 с помощью плоскопараллельных пружин 10, с резцом вправо до соприкосновения с отверстием эталонна 2. Далее шпиндель 3 выводит оправку из отверстия эталона 2. При этом цанга 5 под воздействием пружины 11 фиксирует ползун 7. Далее шпиндель станка перемещает оправку в рабочую позицию.

Таким образом, использование предложенной расточной оправки позволит повысить точность обработки.

УДК 621.

ИНДУКТОР ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

МАШИН И ИНСТРУМЕНТОВ

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова Применяемые в настоящее время различные способы и средства повышения ресурса работы пар трения в изделиях машиностроения (специальная термообработка, напыление, искровое легирование, лазерная обработка) являются весьма дорогостоящими и не позволяют существенно в 1,5–2,5 раза поднять их эксплуатационные показатели в условиях производства. Из многих технологий, которыми располагают производственники в настоящее время, особый интерес представляют физические методы упрочнения, в частности, метод магнитно-импульсной обработки (МИО).

Разработанные способы МИО не нашли широкого применения на предприятиях машиностроения. Причин несколько: 1) методы отличается трудоемкостью и повышенным расходом электроэнергии; 2) неравномерность полученных свойств упрочняемых изделий, особенно удлиненной и фасонной формы; 3) необходимость использования специального и дорогостоящего оборудования – магнитного индуктора (от 190000 руб.).

В настоящее время авторами разработан способ МИО поверхностей, в том числе пространственносложной формы. В отличие от действующих индукто- Рис. 2. Магнитный индуктор ров в разработанном индукторе используются постоян- 1 – шпиндель станка с ЧПУ; 2 – цангоные магниты (рис. 1). Использование постоянных маг- вый патрон; 3– постоянный магнит;

нитов обеспечивает реализацию разработанного спосо- 4 – обрабатываемая деталь; 5 – упрочба на универсальном оборудовании, с обеспечением нённый слой детали равномерного упрочнения протяженных и фасонных поверхностей, меньшего расхода электроэнергии.

Постоянные магниты 3 закрепляются в цанговом патроне 2. Цанговый патрон 2 приводится во вращение шпинделем 1 станка с ЧПУ и перемещается по эквидистанте относительно обрабатываемой поверхности заготовки 4 с зазором Предлагаемый способ увеличивает стойкость обработанной поверхности 5 в результате уменьшения скорости роста микротрещин трущихся поверхностей. Таким образом, разрабатываемый магнитный индуктор позволит расширить область использования способа магнитного упрочнения деталей машин и инструментов.

УДК 621.

УСТРАНЕНИЕ ПРИГАРА НА КРУПНОМ СТАЛЬНОМ ЛИТЬЕ,

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ

В УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «МЕТМАШ»

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева В работе представлены результаты исследований по борьбе с трудноотделимым пригаром на поверхности крупных стальных отливок, производимых в условиях предприятия ООО «МЕТМАШ». Крупные стальные отливки изготавливают в формах из холоднотвердеющих смесей (ХТС) по alpha-set процессу.

Одним из существенных недостатков используемой на предприятии технологии является поражение крупных стальных отливок повышенным пригаром. В частности, при использовании ХТС по alpha-set процессу и покрытии форм противопригарной краской на основе циркона АПЦ-1Ц на стальной отливке «Стенка редуктора» массой 480 кг наблюдаются значительные площади трудноотделимого пригара.

На предприятии уже проводились исследования, направленные на снижение пригара. В результате в качестве альтернативного огнеупорного покрытия использовалась более дорогая композиция TENO COATING ZKPX производства компании ФОСЕКО, которая показала значительные результаты по снижению пригара на крупных стальных отливках. Однако сложность конфигурация некоторых литых заготовок, изготавливаемых на предприятии, не позволяет нанести противопригарное покрытие на все поверхности литейных форм и стержней.

Особенностью отливки «Стенка редуктора» в том, что она имеет два сквозных отверстия и развитую внешнюю поверхность, оформляемые с использованием сложного литейного стержня. Анализ поврежденных частей отливки показывает, что, кроме термических узлов, оформляемых литейной формой, повышенному пригару подвергаются поверхности, контактирующие с литейным стержнем.

Задачей исследования является снижение или полное устранение пригара на отливке «Стенка редуктора».

По действующей на предприятии технологии огнеупорное покрытие формируется при помощи противопригарной краски, наносимой кистью в вертикальном положении стержня.

Проведенные исследования показали, что такое положение стержня при нанесении противопригарного покрытия снижает кроющую способность краски, препятствуя ее проникновению в поры поверхностного слоя. Лучшие результаты могли бы быть достигнуты при обработке стержня в горизонтальном положении, однако при кантовке литейный стержень подвергается сильной нагрузке и деформируется, изменяя свою конфигурацию.

В рамках решаемой задачи предлагается изменить конструктивные элементы стержня без изменений его рабочей части, оформляющей отливку.

При набивке стержневого ящика основание стержня предлагается укрепить, увеличив его толщину. Это повышает прочность конструкции, снижая риск ее деформации при последующих операциях. Увеличение толщины основания позволяет армировать стержень для дополнительного его упрочнения.

Такие изменения в технологии изготовления отливки «Стенка редуктора» позволили получить качественные литые заготовки при использовании в качестве огнеупорного покрытия более дешевой противопригарной краски на основе циркона.

УДК 621. И.В. ВАГАНОВ, В.М. СЕНОПАЛЬНИКОВ, О.И. ЧЕБЕРЯК

ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛЫХ СЛИТКОВ МАЛЫХ РАЗВЕСОВ

И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Конкуренция приводит к ужесточению норм на коэффициент использования металла в машиностроении при производстве поковок. В связи с этим актуальным становиться приближение конфигурации предназначенных под ковку заготовок к конечному изделию. Перспективным в этом направлении является разработка технологии изготовления полых стальных слитков. В этом случае ет необходимости кузнечной операции прошивки, сокращается трудоемкость и энергоемкость изготовления изделий. При производстве крупных поковок для ядерной и нефтехимической промышленности технология получения полых слитков в стационарные изложницы нашла применение как на Западе, так и в странах СНГ.

Полые слитки могут быть широко использованы в машиностроении для изготовления раскатных колец и других изделий с осесимметричным отверстием, получаемых обычно ковкой с прошивкой сплошной заготовки и последующей осадкой и раскаткой биллета на оправке. При этом, наряду с экономическими преимуществами, может быть достигнуто существенное повышение качества конечной продукции. Как известно, в обычных слитках указанной массы из углеродистых и низколегированных сталей имеет место развитие внеосевой сегрегации. Так Н.И. Хворинов приводит серный отпечаток слитка массой 3,7 т из легированной электростали, пораженного этим дефектом. При их прошивке указанная ликвационная область или выходит на внутреннюю поверхность заготовки или значительно приближается к ней. Выход этого дефекта на поверхность при механической обработке, как правило, приводит к забраковыванию изделия. Толщина стенки литой полой заготовки (при одинаковой массе с обычным кузнечным слитком) может быть существенно уменьшена по сравнению с диаметров последнего. Это обеспечит снижение развития ликвационных процессов, а при организации интенсивного теплоотвода от внутренней поверхности заготовки возможно полное подавление шнуровой ликвации.

Так, в соответствии с ОСТ 108.962.02 – 85 «Изложницы для кузнечных слитков. Размеры» максимальный диаметр 5-тонного слитка (Н/Dср = 2,04) общего назначения – 738 мм.

При выполнении слитка такой внешней конфигурации с отверстием 200 мм толщина стенки составит не более 269 мм. В этом случае можно говорить о полном отсутствии внеосевой неоднородности в структуре литой заготовки.

Очевидно, что оформляющий внутреннюю полость элемент должен, наряду с обеспечением интенсивного теплоотвода, быть податливым или своевременно разрушаться для предотвращения трещин, возникающих вследствие зажатия его при усадке стали.