Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Реактивная гидравлическая турбина с соплом на основе колеса Сегнера
Статья научная
В статье представлены теоретические анализы и результаты экспериментальных испытаний реактивно-сопловой гидротурбины, разработанной на основе колеса Сегнера, которая эффективно работает при низких напорах воды, то есть на источниках воды с напором 1,6 метра и выше. В 1754 г. Л. Эйлер привел свое мнение о быстроте и высоком КПД гидротурбины на основе колеса Сегнера. Эксперименты показали, что КПД созданной реактивной гидротурбины при 2-метровом напоре воды составил 62,05 % и оказался на 5,5 % меньше результатов теоретических расчетов. При увеличении давления воды КПД увеличился до 74 %. При напоре воды 2 метра и расходе воды 0,2 м3/с частота вращения гидротурбины составила 144 об/мин. Такие гидротурбины очень удобно использовать в источниках воды с низким напором 2-5 метров, из-за низкой стоимости срок окупаемости небольшой.
Бесплатно
Статья научная
В связи с прогнозируемым ростом потребления кобальта и увеличением цены на этот металл возрастает необходимость рассмотрения возможности повышения извлечения кобальта в пирометаллургической цепочке по переработке медно-никелевого сырья, богатого кобальтом на Надеждинском металлургическом заводе имени Б.И. Колесникова (НМЗ) Заполярного филиала ПАО «ГМК «Норильский никель» (ЗФ). Пирометаллургическая переработка сульфидных медно-никелевых руд и концентратов на НМЗ включает в себя три передела: плавка исходного сырья в печах взвешенной плавки (ПВП) с получением богатого штейна и шлака, обеднение шлаков головного передела и оборотных в обеднительных электропечах (ОЭП) с получением отвального шлака и бедного штейна, конвертирование (КО) богатого штейна ПВП и бедного штейна ОЭП с получением файнштейна и конвертерного шлака, возвращающегося в ОЭП. В настоящее время сквозное извлечение кобальта в пирометаллургическом производстве (ПМП) не превышает 55 % отн. от поступающего на переработку сырья, т.е. 45 % отн. кобальта безвозвратно теряется с отвальным отвальными шлаком ОЭП. В тоже время установлено, что более 30 % отн. от всего объема кобальта участвуют в обороте между ОЭП и конвертерным переделом. Таким образом, снижение концентрации кобальта в оборотных продуктах приведет к росту сквозного извлечения кобальта по НМЗ и ЗФ в целом. В настоящей работе приведены результаты лабораторных и опытно-промышленных исследований по повышению показателей извлечения кобальта в конвертерном переделе при применении кварцевого флюса (кварцита) на финальной стадии конвертирования и доводки готового файнштейна удалением растворенных в сульфидной фазе оксидов железа. Промывка практически готового файнштейна кварцевым флюсом взамен применения кислорода дутья (доокисление железа) приводит к сохранению кобальта в файнштейне
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке технологии деструкции угольной массы в виде водоугольной суспензии (ВУС) путем воздействия на неё экстремальными механохимическим и электрофизическим методами. Данная технология является развитием известного метода механохимической обработки углей. Описана созданная стендовая установка, включающая участки обогащения мелкого угля и угольного шлама методом масляной грануляции, механохимической обработки в насосе-кавитаторе (НК) роторно-пульсационного типа и кавитаторе центробежного типа (КЦ), электроимпульсной обработки ВУС. Дано описание усовершенствованной конструкции разрядной камеры. Представлены результаты, полученные по обогащению мелкого угля и угольного шлама методом масляной грануляции, обработки полученных водоугольных и водоуглемасляных суспензий (ВУМС) в НК и КЦ, а также электроимпульсной обработки (ЭИ). Результаты экспериментов показали, что новая конструкция камеры для электроимпульсной обработки водоугольных и водоуглемасляных суспензий позволяет надежно производить деструкцию протекающей массы в поточном режиме.
Бесплатно
Статья научная
Как известно, для моделирования пространственных и временных параметров применения многопозиционной системы (МПС) «ИД БРЛС истребителя - ИД ГСН ракет» воздушного базирования (с целью последующего эффективного противодействия ГВЦ) используются соответствующие динамические модели. Анализ известных способов математического представления динамики поведения сложных систем показывает, что наиболее удобной формой ее отображения является ориентированный временной граф дискретных состояний системы (процесса). Для пояснения принципа практического применения и отличительных особенностей коллективного наведения и управляемого целераспределения (на основе анализа матрицы девиаций частоты) синтезируемого радиолокационного сеточного метода наведения на основе алгоритмов оптимальной межпозиционной многоканальной обработки принимаемых сигналов в статье представлена динамическая модель применения МПС воздушного базирования «ИД БРЛС истребителя - ИД ГСН ракет» в интересах уничтожения ГВЦ в виде графов дискретных состояний
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований распределения температур и термических напряжений, возникающих при прогреве образцов из углеродистой стали, в их взаимосвязи с микроструктурными водород-индуцированными трансформациями. Рассмотрены образцы труб радиационных поверхностей нагрева, испытывающих при работе котла максимальный температурный градиент (фронтовая (огневая) сторона трубы обращена в сторону излучающей среды топки, а тыловая – к обмуровке). При этом с фронтовой стороны под действием водорода происходит трансформация феррито-перлитной микроструктуры в преимущественно ферритную структуру, с тыловой стороны микроструктура не изменяется. Этот микроструктурный градиент по сечению пар генерирующих труб приводит к разнице в 35 % в температурных напряжениях между наводороженной и неповрежденной стенкой (фронтовая/тыловая) в начальный момент прогрева. Далее, по мере прогрева стенки труб, эта разница снижается до 10 %. Полученные результаты могут объяснять факты разрушения водородохрупченных труб во время пуска котла, а не в стационарном режиме эксплуатации.
Бесплатно
Синтез, свойства и области применения МАХ-фазы Cr2AlC (обзор)
Статья обзорная
Обобщены исследования зарубежных и российских ученых по получению, изучению свойств и возможному использованию одной из перспективных МАХ-фаз - Cr2AlC. Это соединение, как и все МАХ фазы, имеет свойства как металлов, так и керамики. МАХ-фаза Cr2AlC обладает сравнительно малой по сравнению с жаропрочными сплавами плотностью, высокими значениями тепло- и электропроводности, прочности, повышенным модулем упругости, превосходной стойкостью к высокотемпературному окислению и термическим ударам, имеет высокую температуру плавления, легко поддается механической обработке. Это соединение перспективно для использования в защитных покрытиях. Также оно является прекурсором для получения МХенa Cr2CТх (2D-молекулярного соединения), обладающего уникальными адсорбционными и каталитическими характеристиками.
Бесплатно
Синтез-анализ использования кавитационных технологий
Статья научная
Анализ литературных источников в области использования кавитационных технологий показал, что эффекты кавитации используются в широком спектре промышленных технологий. В данной работе приведены основные результаты работ по кавитационной обработке различных жидких композиций, многокомпонентных сред в последние десятилетия. Представленный обзор позволяет сделать вывод об актуальности использования кавитационных технологий в различных областях техники и технологии для решения важных практических задач и, как следствие, необходимости их всестороннего изучения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается новое решение по организации локально-изолированных энергетических систем - создание генераторов, адаптирующихся к изменяемым условиям по нагрузке и источнику энергии. Отмечается, что важным звеном рассматриваемой системы является вентильно-индукторный генератор, обладающий способностью обеспечить стабильные значения выпрямленного напряжения и КПД при изменении значений мощности, момента и частоты вращения генератора в широком диапазоне. Анализируются технические решения работы блока возбуждения генератора, обеспечивающие выдачу мощности в изолированную сеть при изменяемой частоте вращения. Проводятся обоснование выбора схемы блока возбуждения генератора и разработка принципиальной схемы управления возбуждением вентильно-индукторного генератора. Описываются и моделируются разные режимы работы блока возбуждения генератора от момента запуска до набора номинальных оборотов двигателя внутреннего сгорания. Делается вывод, что разработанный блок возбуждения генератора отвечает всем необходимым требованиям и пригоден для применения в дизель-генераторной установке переменной частоты вращения с вентильно-индукторным генератором.
Бесплатно
Совершенствование систем пожарной безопасности объектов теплоэнергетики
Статья научная
Пожары и возгорания на объектах теплоэнергетики представляют собой серьезную угрозу, способную привести к значительным экономическим потерям и нарушению энергоснабжения страны. Традиционные методы проведения разведки пожара при помощи путевого троса являются времязатратными в условиях пониженной видимости, сложных объемно-планировочных решений и потенциальной угрозы обрушения кровли. Решением данной проблемы могут стать ультразвуковые устройства, эффективные в условиях ограниченной видимости, принцип действия которых основан на способности звуковых волн распространяться в условиях задымления и ограниченной видимости. Показано, что ультразвуковые системы способны обнаруживать возгорания на ранних стадиях, оперативно передавать сигналы тревоги и, что наиболее важно, генерировать ультразвуковые волны, которые воздействуют на пламя, разрушая его структуру и способствуя тушению пожара без использования воды или других традиционных средств. Внедрение ультразвуковой технологии повысит безопасность проведения работ газодымозащитниками (далее по тексту – ГЗДС) и эффективность спасения пострадавших, минимизируя время нахождения в опасной зоне и снижая вероятность получения серьезных травм или отравлений продуктами горения.
Бесплатно
Совершенствование технологии теплоизоляции зданий
Статья научная
Актуальность исследований обусловлена тем, что в настоящее время современные нормы сбережения тепловой энергии и теплозащиты зданий ориентированы на применение весьма ограниченного набора решений по снижению энергетического потребления, не всегда отвечающих конкретным условиям строительства и зачастую весьма дорогостоящих. Предложена методика исследования эффективного утепления ограждающих конструкций стен зданий, учитывающая взаимосвязь конструктивных, теплотехнических, режимных параметров и экономических показателей. Целью является определение оптимального значения толщины утепления теплоизоляционным материалом объекта с учетом отпускаемой ему тепловой энергии. В проведенном исследовании использовались методы математического моделирования теплообмена, оптимизационной задачи. Представлено экспериментальное исследование, показывающее возможность применения методики технико-экономической оптимизации тепловой изоляции ограждающих конструкций стен здания. Результатом исследования является снижение расходов тепловых потерь через ограждающие конструкции и электрической энергии на регулирование системы «отопление, вентиляция и кондиционирование». Проведенные исследования свидетельствуют о целесообразности использования предложенных разработок, способствующих определению оптимальной толщины утепления теплоизоляционным материалом стен объектов, нахождению минимальных приведенных затрат, выгодному выбору способа регулирования отпускаемой тепловой энергии.
Бесплатно
Совершенствование технологического процесса на тепловых пунктах в системах теплоснабжения
Статья научная
Одним из направлений энергосбережения в системах централизованного теплоснабжения является совершенствование схем и параметров тепловых сетей, в том числе за счет регулирования технологического процесса на тепловых пунктах. Исследование режимов работы таких тепловых сетей, являющихся связующим звеном между источниками и потребителями теплоты, обеспечивает принятие конкретных проектных и технологических решений, способствующих экономии тепловой и электрической энергии. При эксплуатации систем теплоснабжения часто встречаются ситуации, когда комплексы теплоснабжения, спроектированные с отвечающим современным требованиям оборудованием, демонстрируют низкую надежность и эффективность, связанные с другими технологическими параметрами. Поэтому совершенствование методики выбора новых и повышение эффективности существующих тепловых сетей является актуальной задачей, решение которой позволит повысить качество и надежность работы систем централизованного теплоснабжения в целом, что соответствует одному из стратегических направлений развития России - модернизации энергетики и повышению энергоэффективности систем теплоснабжения. Совершенствование регулирования технологического процесса на тепловых пунктах в системах теплоснабжения возможно за счет применения нейросетевых технологий сходимости.
Бесплатно
Статья научная
В статье на примере с амонаведения ракеты « воздух-воздух » с активной радиолокационной головкой самонаведения (АРГС) на вертолет при постановке им уводящих по дальности и скорости помех исследован способ их идентификации на основе маловысотности полета и особенностей отраженного радиолокационного сигнала от наступающих лопастей несущего винта вертолета. На основе результатов моделирования установлена возможность выставления порогов для идентификации воздействия или отсутствия воздействия на АРГС ракеты «воздух-воздух », уводящих по дальности и скорости помех во всех их комбинациях. Реализация предложенного подхода позволит своевременно применить в ракете «воздух-воздух » средства помехозащиты и тем самым снизить конечный промах.
Бесплатно
Статья научная
В России разработка технологий по снижению вредных выбросов и парниковых газов в атмосферу соответствует направлению стратегии научно-технологического развития РФ до 2035 года. В рамках данной стратегии запланирован переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике. Переход на водородное топливо и водородсодержащие газы является огромным шагом на пути к декарбонизации. Наиболее доступным и экономически выгодным решением будет использование водородсодержащих газов нефтеперерабатывающих предприятий. Но перед использованием этих газов необходимо подвергнуть их предварительной очистке от неводородсодержащих ингредиентов и примесей. Анализ литературных источников позволил выделить основные способы очистки: абсорбция, хемосорбция, адсорбция, мембранные методы. Но наибольший интерес представляют адсорбционные методы, которые легче реализовать в промышленном масштабе и которые более экономически обоснованны. Поэтому в работе представлены результаты лабораторных исследований по определению улавливающей способности углекислого газа некоторых адсорбентов: активированный уголь, цеолит, бентонит, силикагель, извести гашеная и негашеная, высокоосновный анионит. Выбор сорбентов был обоснован их различной удельной поверхностью, различной природой происхождения, а также доступностью применения в промышленном масштабе.Эксперимент по улавливанию проводился на лабораторной установке, в адсорбер забивался сорбент и через него пропускался воздушный поток с углекислым газом. Непоглощенный сорбентом углекислый газ поступал в колбу с раствором гидроксида натрия концентрации 0,01 н. По завершении эксперимента у раствора гидроксида натрия определяли щелочность титриметрическим методом. По результатам эксперимента можно сделать вывод, что наибольшей улавливающей способностью по углекислому газу обладают следующие сорбенты: негашеная и гашеная известь, а также пропитанный в растворе гидроксида натрия цеолит. С точки зрения научного интереса можно выделить бентонит, который улавливает углекислый газ почти на 80 %. Остальные исследуемые сорбенты обладают средней улавливающей способностью.
Бесплатно
Способы повышения локомоционных характеристик шасси мобильных роботов
Статья научная
В данной статье представлены варианты организации шасси мобильных роботов, а также возможные пути улучшения характеристик шасси мобильного робота (МР) в части их проходимости по недетерминированным поверхностям.Применение робототехники и робототехнических комплексов в настоящее время получило широкое распространение в различных областях науки и техники, связанных с обслуживанием оборудования, транспортировкой предметов, контролем состояния систем и т.д. Одним из основных видов робототехники, участвующих в данных процессах, являются МР, которые на сегодняшний день могут обладать разным функционалом. Компонентами МР являются информационно-логическая система управления, датчики, исполнительные механизмы, система электропитания и шасси с движителем. Шасси и примененный движитель во многом определяют как конструктивный облик МР, так и его функциональные возможности, главная из которых - способность к передвижению в недетерминированной среде и приспособляемость к сложным условиям движения.На сегодняшний день существует большое разнообразие вариантов организации шасси МР, каждый из которых имеет свои особенности работы, достоинства и недостатки.Данная статья посвящена вопросу повышения локомоционных характеристик шасси МР. Решаемыми задачами являются рассмотрение вариантов организации шасси МР и определение возможных путей улучшения локомоционных характеристик выбранного варианта шасси МР.
Бесплатно
Способы сжигания твердотопливных смесей в энергетических установках (обзор)
Статья обзорная
В работе представлен один из наиболее доступных способов перехода к ресурсосберегающей и экологически безопасной выработке тепловой и электрической энергии угольными объектами теплоэнергетики, заключающийся в сжигании смесей топлив. Проведен обзор существующего опыта перевода действующего теплотехнического оборудования как в России, так и за рубежом, подробно описаны основные трудности в процессе сжигания твердотопливных смесей. Наиболее эффективные смеси по своим экологическим показателям получаются на основе угля и биомассы с ее добавлением по теплосодержанию не более 20 %. Горение остается одним из самых сложных и не исследованных процессов, а при совместном горении нескольких твердых топлив происходят дополнительные взаимодействия, которые влияют на основные характеристики горения, поэтому в работе отдельно рассмотрены методики исследований процесса горения и оборудование для проведения опытного сжигания твердотопливных смесей.
Бесплатно
Сравнительная характеристика методов извлечения золота (цианид, тиосульфат, тиомочевина, хлорид)
Статья научная
В статье выполнен сравнительный анализ гидрометаллургических методов извлечения золота – цианидного, тиосульфатного, тиомочевинного и хлоридного – по критериям эффективности, токсичности, стоимости и утилизации отходов. Рассмотрены технологические ограничения, связанные с минералогией руд (упорность, углистое вещество, сульфидная матрица), и показано, что выбор растворителя должен определяться не только предельной степенью извлечения, но и скоростью процесса, чувствительностью к примесям и необходимостью предварительного вскрытия минералов. Систематизированы данные о диапазонах извлечения: для легкообогатимых руд типичны 90–95 % при цианировании; тиосульфатные и тиомочевинные схемы обеспечивают сравнимые показатели на углистых и сурьмяных рудах; хлоридные системы достигают высоких значений при строгом контроле окислительно-кислотных условий. Отмечено, что наименьшие прямые реагентные затраты характерны для цианида за счёт малого расхода и отработанности оборудования, тогда как тиосульфат требует заметно большей дозировки и специфической регенерации, а тиомочевина и хлорсодержащие реагенты удорожают очистку сточных вод и материалов. Рассмотрены блоки обезвреживания: INCO‑процесс для цианида, осаждение и биодеструкция для аммиачно-тиосульфатных растворов, окислительная деструкция и нейтрализация для тиокарбамида, а также газо- и водоочистка с солевым балансом для хлоридных схем. Показано, что комбинированные маршруты (гравитация/флотация + выщелачивание) позволяют адаптировать технологию к конкретной руде, минимизируя экологический риск и себестоимость при заданной металлургической извлекаемости. Сформулированы практические ориентиры по выбору растворителя: цианид – для «простых» руд при наличии строгой экологической дисциплины; тиосульфат – для углистых и «preg-robbing » систем; тиомочевина – для сурьмянистых и высокореакционных концентратов; хлоридные системы – как нишевый вариант при наличии герметичных коррозионностойких аппаратов и замкнутых водных контуров.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены перспективы развития интеллектуальных электроэнергетических систем. Подробно представлен подход к оптимизации режимов электроэнергетических систем по реактивной мощности. Решение данной задачи требует учета многорежимности, определения интегральных характеристик режимов и др. Аналитическое моделирование изменения нагрузок методом факторного анализа позволяет резко снизить объем информации без существенной потери точности получаемых решений. Для этого реально коррелированные электрические нагрузки различных узлов электроэнергетических систем представляются в виде линейной комбинации независимых случайных величин, а именно обобщенных графиков нагрузок. Показано, что учет многорежимности ортогональными графиками приводит к значительному упрощению решения многорежимных задач. Выбор состава зависимых и независимых переменных при решении задачи оптимизации с учетом режимов электропотребления оказывает основополагающее влияние как на моделирование ограничений, формирование приведенного градиента и основных расчетных выражений, так и на скорость оптимизационного поиска в целом.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены теоретические и прикладные основы стохастического моделирования и анализа погрешностей инфракрасных датчиков, применяемых в автоматизированных системах контроля нагрева буксовых узлов железнодорожного подвижного состава. Обоснована необходимость учёта случайных возмущений, возникающих под воздействием факторов внешней среды, углов установки датчиков, изменений расстояния до объекта, динамических воздействий и фонового излучения, существенно влияющих на достоверность температурных измерений. На основе центральной предельной теоремы разработана стохастическая модель случайной составляющей погрешности, в которой суммарная ошибка представлена как нормально распределённая случайная величина с дисперсией σ² = 0,0475 (σ ≈ 0,22 °C). Для проверки адекватности предложенной модели использованы эксплуатационные данные систем КТСМ‑02БТ (комплекс технических средств контроля за состоянием подвижного состава) и ДИСК-Б (дистанционно-информационная система контроля букс), функционирующих на участках АО “Ўзбекистон темир йўллари” в 2022–2024 гг. Проведён статистический анализ 249765 проходов поездов, показавший увеличение числа зарегистрированных неисправностей на 62 %, включая рост количества ложных срабатываний, обусловленных воздействием солнечного излучения и некорректной калибровкой датчиков. Полученные результаты подтвердили стохастический характер ошибок измерений и соответствие экспериментальной дисперсии теоретическим оценкам разработанной модели. Разработанная стохастическая модель и результаты её экспериментальной валидации позволяют повысить достоверность температурного контроля, снизить количество ложных сигналов и обеспечить более надёжную работу автоматизированных систем диагностики технического состояния буксовых узлов железнодорожного подвижного состава.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время спрос на энергию растет высокими темпами, и возникают проблемы, стоящие перед интеграцией электрической сети, в первую очередь с передачей энергии на большие расстояния. Описанная выше проблема может быть решена с использованием систем передачи HVDC. Основные преимущества этих систем связаны с более низкими потерями при передаче, а также меньшими затратами по сравнению с традиционными системами передачи HVAC. По ряду причин технология преобразования напряжения (преобразователь источника напряжения - VSC) с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) системы передачи постоянного тока высокого напряжения (VSC- HVDC) имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с системой передачи постоянного тока с использованием преобразователей с линейной коммутацией (LCC-HVDC), в частности, упрощается реализация многотерминальных систем передачи постоянного тока HVDC, появляется возможность быстродействующего и независимого регулирования активной и реактивной мощности, возможность двунаправленной передачи мощности при сохранении неизменной полярности напряжения постоянного тока. Благодаря высокой степени управляемости преобразователей источника напряжения (VSC) в основном рассматривается в недавней литературе работа HVDC. В прошлом было проведено много исследований и разработок в области передачи VSC-HVDC, особенно в аспектах ее управления. Однако в большинстве случаев для описания операционных характеристик различных предлагаемых стратегий управления использовались только качественные методы. Поэтому цель исследовательской работы в этой статье - заполнение некоторых пробелов, таких как исследование различных стратегий управления терминалами VSC-HVDC для использования в сетях постоянного тока.
Бесплатно
Стратегические ориентиры для ядерной энергетики в новой реальности
Статья научная
Необходимость замыкания топливного цикла для расширения ресурсной базы требует переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ) для извлечения делящихся изотопов. Одновременно с этим наибольшие опасения относительно атомной энергетики вызывает наличие радиоактивности и возможность радиоактивного заражения территории. В настоящее время в целях замыкания топливного цикла рассматривается переработка высокоактивного ОЯТ тепловых и быстрых реакторов. Их переработка сопровождается работой с высоким уровнем радиоактивности и неизбежно возникающими безвозвратными потерями радионуклидов. При этом с увеличением объемов перерабатываемого ОЯТ будут расти и потери в абсолютных величинах. В качестве альтернативы рассматривается переработка низкоактивных бланкетов термоядерного реактора. В статье сравниваются варианты с переработкой высокоактивного и низкоактивного ОЯТ. Показано, что при одной и той же экономии природного урана за счет различных стратегий замыкания ядерного топливного цикла (ЯТЦ) можно на 3-4 порядка сократить уровень радиоактивности, с которой придётся работать. Это, в свою очередь, благоприятно скажется на экологии, персонале, общественном мнении по отношению к атомной энергетике.
Бесплатно
