Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Статьи журнала - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Все статьи: 1601
Угловое распределение отражательных характеристик агроценозов по наземным дистанционным измерениям
Статья научная
В статье представлены результаты исследования угловых спектрально-отражательных характеристик посевов сельскохозяйственных культур, полученные в полевых условиях оптическими дистанционными методами. Установлено, что в летний период вегетации основными факторами, влияющими на отражательную способность агроценозов, являются морфологические и физиологические параметры, архитектоника посева, высота Солнца h0 и угол визирования φ. Установлено, что минимум яркости посевов приходится на углы 25-30° относительно надира. При увеличении угла визирования проявляется эффект обратного блеска в красной и инфракрасной областях спектра. Это приводит к увеличению значений коэффициента спектральной яркости в этих областях. Установлено, что оптимальное время проведения измерений отражательных характеристик посевов агроценозов - период с 11 до 16 часов.
Бесплатно
Улучшение качества управления генераторами малых ТЭЦ в условиях пониженного качества электроэнергии
Статья научная
Создание в зданиях производственных котельных небольших по мощности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), обеспечивающих комбинированное производство электрической и тепловой энергии, позволяет повысить эффективность электроэнергетического производства. Сказанное в полной мере относится к стационарной энергетике железнодорожного транспорта. Однако из-за влияния однофазной и нелинейной тяговой нагрузки системы электроснабжения железных дорог (СЭЖД) переменного тока характеризуются пониженным качеством электроэнергии по отклонениям напряжений, несимметрии и гармоническим искажениям. Поэтому для обеспечения надежного функционирования генераторов мини-ТЭЦ требуется разработка специальных методов и средств, а также применение эффективных алгоритмов автоматического регулирования напряжения и частоты. Применение мини-ТЭЦ в системах электроснабжения позволяет эффективно регулировать напряжения и частоту в узлах нагрузки. Однако при этом возникает задача настройки автоматических регуляторов, предназначенных для управления возбуждением генераторов и частотой вращения турбин. Для ее решения могут эффективно использоваться прогностические алгоритмы, что позволяет ускорить процесс ввода в эксплуатацию мини-ТЭЦ. В статье приводится описание моделей самонастраивающихся прогностических регуляторов напряжения и частоты турбогенераторных установок, работающих в СЭЖД с двигательной нагрузкой. Результаты компьютерного моделирования показали, что применение таких регуляторов улучшает процессы регулирования параметров в переходных режимах; при этом дополнительно улучшается качество электроэнергии по несимметрии и несинусоидальности.
Бесплатно
Статья научная
В современных системах электроснабжения (СЭС) начинает преобладать нелинейная нагрузка вследствие массового использования устройств на основе силовой электроники. Такая тенденция снижает качество электроэнергии и требует применения в СЭС специальных устройств, например активных (АФГ) и пассивных фильтров высших гармоник. Один из наиболее эффективных способов улучшения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в СЭС может быть реализован на основе гибридных распределительных трансформаторов (ГРТ), позволяющих выполнять функцию преобразования напряжения и активно подавлять гармонические искажения непосредственно в точке их возникновения. ГРТ представляет собой устройство, объединяющее классический трансформатор и активный силовой преобразователь, который способен обеспечивать регулирование напряжения и тока в сети, что дает возможность гибко компенсировать скачки напряжения и высшие гармоники Цель представленных в статье исследований состояла в разработке системы управления АФГ ГРТ, реализованной, в отличие от известных, на основе каскадного фильтра с вейвлет-преобразованием. С помощью компьютерного моделирования в Matlab/Simulink выполнен анализ эффективности предложенной системы для активной компенсации гармоник в СЭС промышленного предприятия, включающей высоковольтные и низковольтные электродвигатели. Научная новизна представленных результатов состоит в применении оригинального подхода к реализации АФГ ГРТ, базирующегося на каскадном фильтре с вейвлет-преобразованием. Приведено описание модели ГРТ с АФГ и предлагаемой системы регулирования в координатах d-q. Полученные результаты подтвердили ее эффективность. По сравнению с СЭС, использующей трансформаторы типовой конструкции, суммарный коэффициент гармоник напряжения уменьшился в среднем на 67 %, а аналогичный показатель для тока – в 8,5 раза, коэффициент несимметрии напряжения снизился на 31 %.
Бесплатно
Улучшение свойств серого чугуна кремнийдиоксид и углеродными наноструктурами
Статья научная
Повышение требований к эксплуатационным характеристикам в современной промышленности вынуждает использовать материалы, способные работать при повышенных нагрузках. Не стала исключением металлургическая отрасль, где производству все чаще требуются отливки из серого чугуна (СЧ) высоких марок. Улучшение свойств серого чугуна и сталей достигается только за счет эффективного легирования и модифицирования, позволяющего устранить дефекты, измельчить зерно. В настоящее время в промышленности используется свыше 500 действующих типов модификаторов, большинство из них многокомпонентные, количество различных добавок меняется от 2 до 15 компонентов. Очень часто основным компонентом является кремний - эффективный графитизатор и раскислитель. Добавки остальных компонентов служат для усиления эффекта модифицирования, повышения «живучести» модификаторов, а также для изменения формы включений графита в чугуне. Часто добавки для легирования представляют собой редкоземельные металлы и другие компоненты, значительно удорожающие конечный продукт. В настоящее время при высокой конкурентной составляющей требуется повышение эффективности модификаторов с учетом экономической составляющей. Для этого в данной работе проведено исследование влияния нанодобавок с повышенной химической активностью углерода и кремния. Рассмотрены теоретические аспекты модифицирования, основные сложности, не вписывающиеся в рамки теории зарождения центров кристаллизации. Произведено модифицирование чугуна тремя различными составами модификаторов, включающих в себя: - состав 1 - заменено 50 % стандартного металлургического графита на дисперсный графитизированный углерод с содержанием 0,20 % масс. углеродных многослойных нанотрубок; - состав 2 - наногранулы диоксида кремния (89-90 %) + аморфный углерод в разных концентрациях; - состав 3 - смесь составов 1 и 2 в пропорции 30 % на 70 %. Выплавка серого чугуна происходила в стандартном режиме плавки согласно действующей технологической инструкции. Разливка расплава производилась двумя способами: 1) заливка расплава на модификатор сверху; 2) «сандвич»-процесс. Действие модификатора оценивали с помощью испытаний прочности модифицированных образцовнаразрыв. Модификаторывсехсоставовпоказалиприроствременногосопротивления (HB). Испытанные образцы подверглись исследованию методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Приведено теоретическое обоснование эффективности использования дисперсных смесевых модификаторов.
Бесплатно
Улучшение теплофизических характеристик тепловых труб
Статья научная
Рассмотрена новая конструкция тепловых труб lkz увеличения максимально отводимого теплового потока. Приведена методика расчета максимально отводимой мощности. Рассмотрены варианты реализации высокоэффективных тепловых труб (ВТТ) с максимально отводимой мощностью. Показана возможность использовать их как высоконадежный элемент системы охлаждения военной и гражданской техники.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время в мировой литературе начинает получать развитие применение ветроэнергетических установок с магнитной редукцией скорости. Особенности применения данных систем в сочетании с ветроэнергетической установкой позволяет решить вопрос ее сопряжения с электроэнергетической системой. Управляемая гибкая связь между турбиной и генератором дает возможность согласовать управление углом нагрузки синхронного генератора. В данной работе рассматривается разработанный контроллер, обеспечивающий комплексное управление ветровой турбиной с магнитным вариатором с переменным шагом угла заклинения лопасти и переменной скоростью вращения турбины ВЭУ. Перспективным направлением построения ветроэнергетических систем в настоящее время является применение электромагнитных вариаторов в составе ветроэнергетических установок. Исследованию электроэнергетических систем, в составе которых имеются ветроустановки с электромагнитными вариаторами, посвящена данная работа. Вариатор встраивается между ветровой турбиной и генератором вместо механического редуктора. Быстродействующее изменение вращающего момента электромагнитного вариатора позволяет удерживать частоту вращения генератора. Из-за присущей нелинейности ветровой турбины и вариатора был определен набор эксплуатационных и аварийных режимов, затем контроллер проектировался для каждой рабочей точки. Кроме того, аэродинамический момент и эффективная скорость ветра оцениваются онлайн и получается планируемый график переменной для реализации контроллера. Потенциал метода был проверен путем моделирования с помощью MATLAB/Simulink.
Бесплатно
Управление динамическим поведением протяженной балки посредством закреплений с учетом температуры
Статья научная
Динамическое поведение балочных конструкций при переменных нагрузках во многом определяется спектром их собственных частот изгибных колебаний, в котором обычно наиболее опасной является первая собственная частота. Изменение температуры закрепленной балки приводит к появлению продольной силы, которая смещает спектр собственных частот изгибных колебаний в опасную резонансную область и может даже привести к потере устойчивости при достижении ею критического значения. Эффективным способом управления динамическим поведением балки является обоснованный выбор системы опор, однако в известной литературе практически не рассматривается такой проектный подход. В данной работе предлагается методика обоснованного выбора схемы закрепления для прямолинейных многоопорных балок с целью обеспечения заданных значений первой частоты собственных изгибных колебаний и первой критической нагрузки от действия осевой силы, вызванной изменением температуры балки. Методика основана на известных положениях теории колебаний балок, теории устойчивости по Эйлеру и использует в качестве критерия выбора схемы закрепления коэффициенты опор, которые предварительно нормируются для достижения сопоставимых значений. Выбранная схема обеспечивает заданное значение первой собственной частоты колебаний, величину первой критической температуры или одновременно оба условия работоспособности. Согласно разработанной методике выполнены сравнительные расчеты прямого трубопровода методом конечных элементов для балочной и оболочечной моделей, которые показали хорошую сходимость результатов по всем контролируемым параметрам. Предложенный подход может быть использован при проектировании конструкций протяженных балочных конструкций для управления любой их собственной частоты спектра колебаний и критической силы (или температуры) посредством обоснованного выбора соответствующей системы опор.
Бесплатно
Управление микроструктурой силуминов термической обработкой в твердожидком состоянии
Статья научная
В статье рассмотрено влияние режимов термической обработки на структуру эвтектических алюминиевых сплавов, проведено теоретическое обоснование процесса на основе полученных микроструктур. Изучено явление кластеризации жидких металлических растворов и развивающаяся вслед за этим процессом гетерогенизация твердых фаз по химическому составу.
Бесплатно
Управление мощностью синхронной машины с маховичным накопителем энергии
Статья научная
В работе предложена система управления активной и реактивной мощностью синхронной машины с маховичным накопителем энергии. Система управления активной мощностью учитывает запас кинетической энергии вращения маховика, не имеет обратной связи, не зависит от конструкции синхронной машины, но требует точного учёта параметров маховика и характеристик потерь мощности в накопительном комплексе. Система управления реактивной мощностью основана на математической модели неявнополюсной ненасыщенной синхронной машины, не имеет обратной связи, но учитывает параметры синхронной машины. Полученная система управления проверена на имитационной модели явнополюсной синхронной машины в среде SimInTech. Наибольшая погрешность при задании активной составляющей тока – 2,18 %, наибольшая погрешность при задании реактивной составляющей тока – 38 %, наибольшая угловая погрешность 12°. Предложенная система управления активной мощности может быть использована для управления как серийными явнополюсными и неявнополюсными машинами, так и машинами с постоянными магнитами. Для повышения точности регулирования реактивной мощности возможно применение замкнутой системы управления с обратной связью.
Бесплатно
Статья научная
Потери из-за снижения напряжения в линии постоянного тока оказывают значительное влияние на точное управление потоком мощности в многотерминальных системах ПИН-ВППТ с использованием управления напряжением на шинах постоянного тока. Когда управление напряжением на шинах постоянного тока используется в многотерминальных системах ПИН- ВППТ, из-за неравных напряжений на шинах постоянного тока снижения напряжения в линии постоянного тока возникают большие отклонения потока мощности. Потери мощности в линии постоянного тока и в преобразователях также вызывают отклонения потока мощности в сети постоянного тока от желаемого значения. Для точного управления потоком мощности в сети постоянного тока необходимо устранить отклонения мощности, возникающие из-за каждого из этих факторов. При моделировании пятитерминальной системы ПИН-ВППТ в Matlab/ Simulink показано, как добиться точного управления потоком мощности в системе с учетом снижения напряжения постоянного тока и потерь мощности в линии постоянного тока (учет потерь мощности преобразователя выходит за рамки данной статьи).
Бесплатно
Управление режимом горных работ при открытой разработке месторождений этапами
Статья научная
В статье рассмотрены вопросы управления развитием рабочей зоны карьера, разрабатываемого этапами, в условиях оперативного регулирования режима горных работ, дана оценка возможной интенсивности ведения горных работ при разработке крутопадающих залежей округлых форм в плане.
Бесплатно
Управление системой нелинейно связанных перевернутых маятников
Статья научная
Предложена математическая модель связанных обратных маятников в линейной и нелинейной постановке. Проведено исследование динамики этой механической системы и определены предельные параметры, обеспечивающие возможность стабилизации. Приведены результаты экспериментов для различных конфигураций системы. Построены зоны устойчивости в пространстве параметров в линейной и нелинейной постановке. Управление системой осуществляется по обратной связи. Введенная нелинейная жесткость пружины является частью динамического управления. При этом в фазовом пространстве существуют три стационарные точки, однако вещественные координаты имеет лишь одна из них. В результате проведенного исследования показано, что сложная неустойчивая система, состоящая из осцилляторов с нелинейной связью, может быть описана достаточно простой системой уравнений, а ее стабилизация при соблюдении определенных условий возможна с помощью достаточно простого управления периодической функцией по обратной связи.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены проблемы, связанные с формированием рудной базы металлургического предприятия. Показано, что при непостоянстве рудной сырьевой базы предприятия оценка полезности агломерируемого сырья с позиции барабанного индекса холодной механической прочности TI может не обеспечить достижение оптимальных экономических показателей аглодоменного производства. Для учета индивидуальных особенностей влияния агломератов из различного сырья на производительность доменного процесса предложен способ интеграция модели доменного процесса с моделью разрушения металлургического агломерата, основанной на комбинированном использовании модели напряженного состояния твердого включения в матрице и модели разрушения на основе закона Риттингера. Рассмотрены алгоритмические сложности организации интеграции и поиска решения. Приведены результаты расчетов изменения производительности доменной печи при разрушении агломератов из различных рудных материалов, обладающих различной прочностью при испытании, на барабанный индекс прочности TI.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены механизмы дисперсно-дисперсионного упрочнения наноразмерными частицами хрома композиционного материала с металлической матрицей на основе меди (Cu-MMNCr) без потери электропроводности, из которого изготавливают электроды контактной сварки. Выполнено исследование фракционного состава нанопорошка хрома после помола в планетарно-центробежной мельнице, и предложен способ его введения в медный расплав с помощью таблетированной лигатуры. Равномерное распределение наноразмерных частиц хрома в расплаве достигается перемешиванием частотной модуляцией тока (в интервале 35-40 Гц от рабочей частоты) в переменном электромагнитном поле. Проведен термодинамический анализ образования реакций взаимодействия компонентов расплава в процессе приготовления композиционного материала Cu-MMNCr. Исследовано смачивание наноразмерных частиц хрома и кускового хрома медным расплавом. Рассмотрена модель дисперсно-дисперсионного упрочнения наноразмерными частицами хрома в структурных изменениях композиционного материала с металлической матрицей на основе меди, построенная на гипотезе нечётких множеств. Исследованы механические и электропроводные свойства композиционного материала Cu-MMNCr.
Бесплатно
Упрощение уравнений движения для несжимаемой жидкости методом асимптотических разложений
Статья научная
Формулируется краевая задача обтекания вогнутой поверхности потоком вязкой несжимаемой жидкости, для решения которой принимается метод сращивания асимптотических разложений. Этому методу свойственна потеря граничных условий. Нельзя ожидать, что внешнее разложение будет удовлетворять условиям, которые наложены во внутренней области, и обратно - внутреннее разложение в общем случае не будет удовлетворять условиям в удаленной области. Но потеря условий восполняется сращиванием. Сращивание представляет собой основную черту метода. Возможность сращивания основана на существовании области перекрытия, в которой пригодно как внутреннее, так и внешнее разложение. Используя это перекрытие, можно получить точное соотношение между конечными частными суммами. Реализация этой возможности осуществима только для возмущения параметра, которое неоднородно в координатах, или для возмущения координаты, которое неоднородно по другим координатам. Нельзя срастить два различных параметрических разложения, таких как разложение для больших и малых значений числа Рейнольдса или числа Маха; невозможно срастить два различных координатных разложения, таких как разложение для малых и больших значений времени или расстояния. Такие ряды могут перекрываться в том смысле, что они имеют общую область сходимости, но процесс аналитического продолжения дает только приближенное соотношение для некоторого конечного числа членов. Существование области перекрытия означает, что внутреннее разложение внешнего разложения должно с точностью до соответствующего порядка согласовываться с внешним разложением внутреннего разложения. Этот принцип распространяется на приближения высшего порядка при сохранении дальнейших членов в асимптотических разложениях. Можно допустить, что число членов может быть различно во внутреннем и внешнем разложениях, поскольку нормальный порядок сращивания требует разницы на единицу при четных шагах.
Бесплатно
Усовершенствование технологии прессования изделий из политетрафторэтилена
Статья научная
Разработка новых методов получения материалов с заранее заданными эксплуатационными свойствами, обеспечивающих долговечность и износостойкость узлов трения, является актуальной проблемой современной науки о материалах. В статье рассмотрено влияние режимов ультразвукового прессования с одновременно наложенной низкочастотной амплитудной модуляцией на механические и триботехнические свойства политетрафторэтилена. Проведено сравнение полученных результатов исследований новой технологии с традиционной технологией прессования. Показано, что технология ультразвукового прессования с одновременным наложением низкочастотной амплитудной модуляцией позволяет повысить механические свойства ПТФЭ: предел прочности при растяжении на 15 %, относительное удлинение на 13 %, модуль упругости на 8 %, твердость на 12 %, при этом интенсивность массового изнашивания снижается на 40 %, а коэффициент трения - на 27 %.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы качества динамики адаптивной радиальной гидростатической опоры с ограничением выходного потока смазки. Приведена математическая модель опоры, получена аналитическая зависимость для передаточной функции динамической податливости линеаризованной нестационарной модели. Установлено, что опора может работать устойчиво на режимах отрицательной податливости. При этом обеспечиваются приемлемые показатели качества динамики свободных и вынужденных колебаний. Устойчивая опора имеет ограниченную область отрицательной податливости. Конструкция опоры при одинарном дросселировании входного потока смазки склонна к колебаниям, однако в указанной области обладает достаточным запасом устойчивости.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы влияния несбалансированного электропотребления на уровень несимметрии токов и напряжений в низковольтных системах электроснабжения и их компонентах. Доказано, что возникающая несимметрия трехфазной системы напряжения электропитания оказывает негативное влияние на показатели, характеризующие качество электрической энергии, а несимметрия токов в этих системах влечет за собой увеличение потерь мощности и энергии, что сопровождается увеличенным электропотреблением, повышением тепловой нагрузки, являющимся причиной возникновения пожаров, а также снижением уровня надежности электроснабжения. В качестве наиболее эффективного средства минимизации последствий несимметричных режимов предлагается новое техническое средство с автоматическим изменением его мощности за счет саморегулируемой индуктивности в зависимости от уровня несбалансированного электропотребления. На основании произведенных расчетов определены параметры и изготовлена физическая модель предлагаемого устройства, эффективность которой доказана путем экспериментальных исследований, произведенных в лабораторных условиях. Эффективность симметрирования достигает 60 %.
Бесплатно
Статья научная
Проблема интенсивного освоения богатств Сибири и Севера стала принципиально актуальной для России в связи с исчерпанием основных разведанных запасов природных ресурсов в ее европейской части. Ускоренное освоение Севера и Арктики, включая побережье и шельф арктических морей, направленное на усиление экономического потенциала России, означает развитие базовых отраслей промышленности (горнодобывающей, нефтяной и газовой) с созданием соответствующей инфраструктуры. По статистике, только около 0,3 % мировых водных ресурсов можно получить из рек, озер или доступных ресурсов подземных вод. Быстрый рост индустриализации, особенно в некоторых частях Азии, приводит к сильному загрязнению рек и водоносных горизонтов из-за нерационального использования имеющихся ресурсов. Благодаря быстрому развитию водного транспорта и интенсивной эксплуатации запасов жидких углеводородов, таких как нефть, растет количество аварий и ЧС, инициирующих загрязнение открытых водоемов. Особенно высок эколого-экономический ущерб от разливов нефтепродуктов во внутренних реках, из-за их особого географического положения и крайней токсичности смеси углеводородов. В связи с этим на первый план выходит задача обеспечения техногенной, экологической и энергетической безопасности сложных технических объектов и циркумполярных регионов в целом. Особую важность приобретает рациональное и экономное расходование нефтепродуктов. Это относится в том числе и ко всем известным видам масел: моторным, индустриальным, компрессорным, трансформаторным, турбинным и другим. Отработанные масла, попадающие в окружающую природную среду, лишь частично удаляются или обезвреживаются в результате природных процессов. Основная их часть является источником загрязнения почв, грунтов, водных объектов и атмосферного воздуха и приводит к нарушению воспроизводства птиц, рыб, млекопитающих, оказывает вредное воздействие на человека. Основной задачей данного исследования, направленного на снижение экологического воздействия на природную окружающую среду промышленных предприятий, является утилизация и переработка всех видов отходов основного производства. Показано, что эффективность утилизации отработанных масел и других нефтепродуктов в условиях Крайнего Севера с учетом защиты окружающей среды требует дифференцированного подхода к проблеме с учётом особенностей климата и доступности арктических территорий, а также использованием кавитационной технологии.
Бесплатно
Утилизация отходов алюминиевого производства в керамической промышленности
Статья научная
Сформулированные принципы оценки минерализаторов по их термореологическим свойствам позволили выбрать, проверить и рекомендовать ряд перспективных отходов алюминиевой промышленности, содержащих комплекс низковязких минерализаторов. Данные отходы повышают эксплуатационные характеристики керамических материалов в интервале вязкости минерализующего компонента =(0,6-5) Па·с. Установленная способность минерализатора ускорять процессы полиморфных превращений кварца использована при получении облицовочных керамических материалов из кремнеземистых техногенных продуктов путем создания каркасно-армированной структуры материала.
Бесплатно
