Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Актуальность использования грунтовых теплотрансформаторов в Сибири
Статья научная
Выполнен полный обзор геотермальных ресурсов на территории страны, приведены актуальные аналитические данные, связанные с исследованием температуры земной коры, проведен анализ существующих типов тепловых насосов по виду передачи тепловой энергии, по источнику тепла, по виду теплоносителя и выделен наиболее эффективный из них. Приведены практические актуальные данные по исследованию геотермальных ресурсов на территории города Омска. Выполнено сравнение нормативных значений ГСОП в городах Западной Сибири. Сделаны выводы по необходимым действиям для улучшения работы геотермальных теплотрансформаторов в условиях Сибири.
Бесплатно
Алюминотермическое получение титанового порошка
Статья научная
В статье приведен краткий обзор ныне существующих способов получения титановых порошков в России и предложена технология алюминотермического получения титанового порошка из оксида титана для аддитивных технологий. Основная фракция полученного порошка (менее 50 мкм) подвергалась водородному отжигу для укрепления сферы металлического порошка и довосстановления низших окислов титана, далее порошок подвергался ультразвуковой чистке в растворе глицерина и спирта для лучшего отделения образовавшегося корунда от сфер. По результатам электронно-микроскопического исследования показано, что полученные гранулы имеют сферическую форму, состоят преимущественно из титана и алюминия, из чего можно сделать вывод, что порошок является титано-алюминиевым сплавом. По результатам гранулометрического анализа сферы находятся в интервале от 17 до 69 мкм, что соответствует требованиям, предъявляемым к металлическим порошкам, используемым в аддитивных технологиях.
Бесплатно
Алюминотермическое получение титанового порошка
Статья научная
В статье приведен краткий обзор ныне существующих способов получения титановых порошков в России и предложена технология алюминотермического получения титанового порошка из оксида титана для аддитивных технологий. Основная фракция полученного порошка (менее 50 мкм) подвергалась водородному отжигу для укрепления сферы металлического порошка и довосстановления низших окислов титана, далее порошок подвергался ультразвуковой чистке в растворе глицерина и спирта для лучшего отделения образовавшегося корунда от сфер. По результатам электронно-микроскопического исследования показано, что полученные гранулы имеют сферическую форму, состоят преимущественно из титана и алюминия, из чего можно сделать вывод, что порошок является титано-алюминиевым сплавом. По результатам гранулометрического анализа сферы находятся в интервале от 17 до 69 мкм, что соответствует требованиям, предъявляемым к металлическим порошкам, используемым в аддитивных технологиях.
Бесплатно
Анализ влияния параметров ЛЭП 110 кВ на вероятность их отказов
Статья научная
Рассматривая оборудование системы электроснабжения, необходимо отметить, что наиболее часто перерывы в электроснабжении случаются из-за повреждений линий электропередачи. Для сетевых компаний важно своевременно диагностировать неисправности и восстанавливать электроснабжение, чтобы минимизировать возникающие потери. Поэтому заблаговременное определение вероятности отключений электроэнергии на основе параметров самих линий может помочь электросетевым компаниям гораздо эффективнее модернизировать и строить новые, менее подверженные отказам электрические сети. Цель исследования - анализ влияния параметров линий электропередачи напряжением 110 кВ на вероятность их отказов. Настоящее исследование заключается в подготовке данных по отключениям ЛЭП 110 кВ путем группирования, удаления ненужной информации, создания синтетических параметров и их обработки путем заполнения пропущенных значений и удалений дубликатов. Затем производился разведочный анализ данных, включающий в себя анализ статистических характеристик рассматриваемых параметров, выявление выбросов и аномалий и корреляционный анализ. Исследование производилось на языке программирования Python в среде разработки Jupyter Notebook, задействованы библиотеки Pandas, NumPy, Matplotlib, Seaborn, Phik. Данные для анализа были подготовлены с помощью методов группировки и слияния, удалены наименее значимые параметры, параметр «срок эксплуатации ЛЭП» стандартизирован, синтезирован целевой признак - «Факт отключения на ЛЭП». Итоговым результатом стала таблица, содержащая 10 параметров, включая целевой признак, и 395 строк. В ходе анализа категориальных параметров были выявлены дисбаланс классов целевого признака, влияние типа провода и транзитности линии на отказ ЛЭП 110 кВ. Анализ распределения значений количественных переменных подтвердил, что снижение вероятности отключений наблюдается с улучшением технического состояния ЛЭП, уменьшением длины линий, количества опор и снижением срока эксплуатации ЛЭП. Корреляционный анализ позволил установить отсутствие сильной корреляции с целевой переменной и наличие мультиколлинеарности между всеми параметрами, отображающими протяжённость ЛЭП и количество ЖБ опор.
Бесплатно
Статья научная
Изучение торфа как источника энергии и вопросов экологической ответственности требует комплексного подхода. В исследовании рассматриваются плюсы и минусы использования торфа в энергетике, а также особенности его переработки для повышения эффективности. Торф становится важным ресурсом благодаря доступности, низкой стоимости и возможности применения на локальных теплоэлектроцентралях. В рамках данного исследования была разработана методология создания экспериментального стенда, которая позволит изучить процессы выделения летучих компонентов при последовательном нагреве торфа до температуры 1200 градусов Цельсия. Экспериментальные исследования, направлены на оценку выделения газообразных продуктов и других веществ при нагреве торфа до высоких температур, которые играют важную роль. В данной статье подробно описаны основные этапы проведения экспериментов и аргументирована важность использования экспериментальных методов для получения достоверных данных. В исследовании особое внимание уделяется вопросам безопасности при проведении экспериментов и разработке физической модели процесса выделения газов и паров при термическом разложении топлива. В работе проводится анализ влияния температурных параметров и продолжительности процесса на состав выделяемых газов и паров. Полученные результаты будут иметь большое значение для оценки потенциальных рисков и оптимизации технологических режимов, направленных на повышение эффективности торфа в качестве топлива. В работе также рассматривается автоматизация экспериментальной установки с использованием современных датчиков и измерительных приборов. Описаны функции датчиков по контролю параметров процесса (температуры, давления, влажности, концентрации газов), сбор данных, калибровка, валидация и обеспечение безопасности. Представлена структура автоматизированной системы из трёх уровней: полевого, управленческого и сбора данных, реализованных с помощью SimInTech и контроллера Siemens S7–1214 PN. Эта система позволяет настраивать параметры, контролировать их выполнение, фиксировать данные и повышать точность, безопасность и воспроизводимость экспериментов при разработке технологий получения горючих газов
Бесплатно
Статья научная
Изучение торфа как источника энергии и вопросов экологической ответственности требует комплексного подхода. В исследовании рассматриваются плюсы и минусы использования торфа в энергетике, а также особенности его переработки для повышения эффективности. Торф становится важным ресурсом благодаря доступности, низкой стоимости и возможности применения на локальных теплоэлектроцентралях. В рамках данного исследования была разработана методология создания экспериментального стенда, которая позволит изучить процессы выделения летучих компонентов при последовательном нагреве торфа до температуры 1200 градусов Цельсия. Экспериментальные исследования, направлены на оценку выделения газообразных продуктов и других веществ при нагреве торфа до высоких температур, которые играют важную роль. В данной статье подробно описаны основные этапы проведения экспериментов и аргументирована важность использования экспериментальных методов для получения достоверных данных. В исследовании особое внимание уделяется вопросам безопасности при проведении экспериментов и разработке физической модели процесса выделения газов и паров при термическом разложении топлива. В работе проводится анализ влияния температурных параметров и продолжительности процесса на состав выделяемых газов и паров. Полученные результаты будут иметь большое значение для оценки потенциальных рисков и оптимизации технологических режимов, направленных на повышение эффективности торфа в качестве топлива. В работе также рассматривается автоматизация экспериментальной установки с использованием современных датчиков и измерительных приборов. Описаны функции датчиков по контролю параметров процесса (температуры, давления, влажности, концентрации газов), сбор данных, калибровка, валидация и обеспечение безопасности. Представлена структура автоматизированной системы из трёх уровней: полевого, управленческого и сбора данных, реализованных с помощью SimInTech и контроллера Siemens S7–1214 PN. Эта система позволяет настраивать параметры, контролировать их выполнение, фиксировать данные и повышать точность, безопасность и воспроизводимость экспериментов при разработке технологий получения горючих газов.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье произведен качественный и количественный анализ возможности применения различных децентрализованных энергосистем в условиях Республики Татарстан. Произведен расчет себестоимости вырабатываемой электрической энергии для таких установок, как газопоршневой агрегат, твердооксидный топливный элемент, ветрогенератор, дизельный генератор и солнечные фотоэлектрические панели. Выявлены преимущества и недостатки рассматриваемых энергетических установок.
Бесплатно
Статья научная
В представленной статье проведен анализ образования и механизмов формирования электромагнитных помех, обусловленных механизмами образования вторичных электромагнитных переизлучений, образующихся при эксплуатации реальных конструкций радиотехнических устройств. По результатам проведенных исследований предлагается методика прогнозирования спектральных характеристик контактных помех радиоприему. В работе рассмотрен и проведен анализ методики прогнозирования спектрального состава контактных радиопомех. В основу разработанной методики и математического аппарата положены детерминированные и вероятностные модели образования контактных радиопомех. Рассмотренные в работе предложения, основанные на детерминированных и вероятностных моделях образования контактных помех, дают возможность осуществлять прогнозирование контактных радиопомех на мобильных объектах связи при различных условиях эксплуатации, с учетом конструктивных особенностей. Представленные в работе результаты анализа механизмов образования контактных радиопомех направлены на обеспечение электромагнитной совместимости различных приёмопередающих устройств на мобильных объектах.
Бесплатно
Анализ технологии озонирования в рамках подготовки воды питьевого качества
Статья научная
Очистка природной воды поверхностного водоисточника осложняется антропогенными факторами среды. Промышленная, бытовая, сельскохозяйственная деятельности человека негативно сказываются на качестве природной воды, так как увеличивается доля химических и органических соединений, которые существенно снижают эффективность очистки. Данная работа посвящена вопросам улучшения показателей качества очистки природной воды до питьевых требований. Экспериментальная часть проводилась на станции очистки воды, расположенной на берегу реки Оки. В основе экспериментальных исследований лежит поэтапная работа анализа действующей озонаторной установки с определением выходной концентрации озона в озоно-воздушной смеси, а также апробирование на лабораторной озонаторной установке первичного и вторичного озонирования. В рамках эксперимента определялись ключевые показатели качества воды для возможности интерпретирования влияния озонирования на различные типы вод с отличными дозировками. Наосновании полученных результатов сделаны выводы повозможности применения первичного озонирования для исследуемой воды, определена оптимальная дозировка. Учитывая специфику обработки озоном природной речной воды, описаны рекомендации по снижению концентрации побочных продуктов процесса озонирования. Также в рамках эксперимента определено влияние вторичного озонирования на органолептические характеристики очищенной воды.
Бесплатно
Статья научная
Произведен анализ транспортировки электрической энергии по электрическим сетям филиала ПАО «Россети Волга» - «Оренбургэнерго» за период 2018-2023 гг. В статье приводится структурная характеристика компании, а также рассматриваются особенности основных элементов исследуемых электрических сетей. Дана оценка баланса по передаче электрической энергии в сети и из сетей компании. На основе опубликованной в открытой печати информации по уровню аварийности в электрических сетях компании оценено количество аварийных ситуаций, возникших за исследуемый период, а также величина недоотпуска электрической энергии, обусловленного этими перерывами. На основе данных за 2023 г. проанализированы основные причины повреждаемости элементов электрических сетей и произведена классификация отказов, рассмотрены их основные характеристики за этот период. Установлено, что основной группой причин, приводящих к аварийным отключениям, являются случайные события, обусловленные ветровой нагрузкой и атмосферными перенапряжениями. На основе использования статистических методов прогнозирования получены трендовые модели и уравнения авторегрессии, установлены превентивные значения количества аварийных отключений до 2026 г. Рассмотрено влияние сезонной составляющей на количество аварийных ситуаций за исследуемый период. При выполнении исследования использованы общенаучные методы, численные методы и методы регрессионного анализа. Для визуализации полученных результатов анализа использовались технологии графического редактора MATLAB. Полученные результаты могут представлять интерес для руководителей электросетевых компаний, а также научных работников и инженеров, занимающихся исследованиями в области надежности электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Целью научной статьи является рассмотрение возможностей создания прогностических моделей для оценки аварийности в электрических сетях компании ПАО «Россети Волга» – «Мордовэнерго» на основе анализа динамики отказов за 2018–2023 гг. На основе предложенной классификации произведен анализ интенсивности отказов и установлено процентное соотношение отказов различной интенсивности по отношению к общему количеству отказов. Установлено, что наибольшее количество аварийных отключений приходится на долю отказов, в результате которых недоотпуск ЭЭ не превышает 1 тыс. кВт·ч. На долю таких отказов приходится 93,47 % (7130 отк.) всего количества отказов за исследуемый период, при этом количество недопоставленной ЭЭ в результате этих отказов составило 445,497 тыс. кВт·ч. Отказы высокой интенсивности, в результате которых перерыв электроснабжения составил более 10 тыс. кВт·ч., составляют всего 0,079 % всего количества отказов. Тем не менее на их долю приходится 7,9 % всего недоотпуска ЭЭ (52,09 тыс. кВт·ч.). Рассмотрены основные причины возникновения аварийных ситуаций и произведен вероятностно-статистический анализ возможности возникновения событий отказов до 2026 г. по основным причинам. Определено, что для прогнозирования числа отказов оборудования по причине несоблюдения сроков технического обслуживания можно использовать трендовые модели для марта, мая, июня и сентября; авторегрессионные модели – для февраля, октября и декабря. В качестве методов использовались общенаучные методы численного, вероятностно-статистического анализа и методы прогнозирования. Результаты исследования могут представлять интерес для руководства электросетевых компаний при разработке противоаварийных мероприятий на перспективу.
Бесплатно
Аппаратная реализация системы передачи электромагнитных сигналов через горную породу
Статья научная
В статье рассматривается структура системы для передачи и приема команд диспетчера персоналу шахт по беспроводному электромагнитному каналу через горные породы на глубину до 1000 м в частотном диапазоне 0,3-30 кГц. Рассмотрены методы модуляции и кодирования информации в канале с учетом промышленных помех.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день очистка природной воды до питьевого уровня является довольно сложной задачей. Постоянное ухудшение качества воды в поверхностном водоисточнике связано как со сбросами техногенного характера, так и с недостаточной степенью очистки сточных вод как коммунального назначения, так и промышленного. Не всегда имеющиеся технологии на станции очистки способны эффективно работать в паводковые периоды, периоды «цветения» воды, а также справляться с кратковременными сбросами. Недостаточная степень очистки влияет как на органолептические показатели воды, так и на эксплуатационные характеристики применяемого оборудования. В статье представлен обзор технологий, которые применяются для улучшения показателей качества питьевой воды. При выборе технологии учитывается эффективность очистки, капитальные затраты на внедрение технологии, а также сроки монтажа. На основании данных критериев был выбран метод «углевания» и апробирован на разработанной и спроектированной лабораторной макетной установке. На основании полученных лабораторных результатов данный метод был апробирован на станции очистки воды. В работе представлены результаты опытно-промышленных испытаний и подробно описано влияние метода «углевания» на основные показатели качества воды в критичные моменты очистки.
Бесплатно
Вискозиметр тиксотропных жидкостей
Статья научная
В предлагаемой работе рассмотрена конструкция вискозиметра, предназначенного для контроля тиксотропных жидкостей, изменяющих текучесть в результате приложения механической нагрузки. Главная отличительная особенность данного устройства: внутренняя боковая поверхность измерительного сосуда выполнена в виде эллипса, а в процессе измерения в исследуемый образец погружается два зонда, один из которых используется для разрушения структуры, а второй - для измерения механического сопротивления (вязкости) образца. Вискозиметр может быть использован при изучении тиксотропных свойств нефтей и гелеобразующих систем, используемых в технологиях повышения нефтеотдачи.
Бесплатно
Вихревой способ сжигания водоугольного топлива из шламов углеобогащения
Статья научная
Представлены результаты разработки конструкций теплогенераторов малой и средней мощности. Вихревые адиабатические камеры сжигания различаются по расположению оси вихревого движения газов в топочном пространстве (горизонтально и вертикально). В зависимости от теплопроизводительности котла вихревая камера либо располагается рядом с котлом (котел является котлом-утилизатором), либо встраивается в топочное пространство котла. Адиабатические вихревые топочные камеры с горизонтальной осью вращения топочных газов были разработаны для котлов с теплопроизводительностью от 0,1 до 0,7 МВт. Экспериментальные исследования, испытания в опытно-промышленных и промышленных условиях теплогенераторов, работающих на ВУТ, показали их высокую техническую эффективность (мехнедожог составил не более 5 %, к.п.д. котлов 86 %), а количество вредных выбросов в уходящих газах существенно меньше предельно допустимых значений (в 2-3 раза).
Бесплатно
Влияние кавитации на свойства керамического черепка
Статья научная
В данной статье приводятся результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение влияния механической обработки глинистого сырья путем гидродинамического воздействия, которое приводит к изменению реологических свойств глинистой шихты и к улучшению физико-механических характеристик. Для этого были определены основные формовочные свойства используемой в исследовании глины, отработаны режимы обработки глиняной массы в гидродинамическом диспергаторе, выполнен рентгенофазовый анализ глинистой шихты и керамических масс после обжига, а также определены прочностные характеристики керамических образцов, изготовленных из глинистой шихты, диспергированной гидродинамическим воздействием.
Бесплатно
Статья научная
Изучено влияние модифицирования нановолокнами Al2O3 на свойства стеновой строительной керамики на основе кварц-полевошпатовых отходов обогащения медно- молибденовых руд. Установлено, что при добавлении 0,6 масс.% нановолокон Al2O3 прочность керамики, спеченной при 1000 °C, возрастает от 38,3 до 58,5 МПа, водопоглощение снижается от 12,8 до 10,6 %, наблюдается возрастание морозостойкости керамического материала.
Бесплатно
Влияние модифицированных углеродных волокон золь-гель методом на свойства политетрафторэтилена
Статья научная
В работе исследованы физико-механические, триботехнические и термодинамические свойства полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и углеродных волокон (УВ), модифицированных золь-гель методом. Показано, что наполнение ПТФЭ углеродными волокнами в количестве 3 мас.% приводит к повышению прочности при растяжении на 18-22 %, в композитах с содержанием 5-10 мас.% УВ сохраняется на уровне полимерной матрицы. Твердость по Шору Д и напряжение при сжатии композитов относительно исходного ПТФЭ повысились на 10-14 % и 21 % соответственно. При исследовании термодинамических параметров выявили, что с увеличением содержания УВ от 3 до 10 мас.% энтальпия плавления повышается на 8-12 %, а в случае с модифицированными УВ уменьшается на 13-22 % относительно исходного ПТФЭ. Исследование триботехнических свойств композитов на основе ПТФЭ показало значительное улучшение износостойкости при сохранении низкого коэффициента трения. В композитах с 10 мас.% волокон износостойкость повысилась в 775 раз по сравнению с исходным полимером. Показано, что композиты с модифицированными УВ имеют более низкие значения коэффициента трения относительно композитов, содержащих волокна без модификации. Изучение поверхности трения композитов проводили методом сканирующей электронной микроскопии и ИК-спектроскопии.
Бесплатно
Статья научная
В работе приведены результаты исследования влияния комбинированных наполнителей (2-меркаптобензтиазол (МБТ) и наноразмерных оксидов: ZrO2, WO3, ZnO и CuO) на служебные свойства и структуру сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Композиты на основе СВМПЭ с бинарными наполнителями получены методом горячего прессования. Исследование физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов показало повышение прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве на 43-50 % и 26-27 % соответственно по сравнению с исходным СВМПЭ. Напряжение при сжатии и твердость по Шору D композитов повысились на 41 % и 11-15 % соответственно. Микроскопические исследования композитов показали формирование сферолитных образований в надмолекулярной структуре, а плотность увеличивается во всех образцах при введении наполнителей. Термодинамические исследования показали, что энтальпия плавления и степень кристалличности композитов состава СВМПЭ/МБТ/ZrO2 и СВМПЭ/МБТ/WO3 выше по сравнению с СВМПЭ/МБТ/CuO и СВМПЭ/МБТ/ZnO. Трибологические исследования выявили улучшение износостойкости СВМПЭ/МБТ/CuO в 4 раза по сравнению с ненаполненным полимером при сохранении низкого коэффициента трения. Исследование поверхности трения композитов показало формирование вторичных структур, снижающих усталостное и абразивное изнашивание, что объясняет повышение износостойкости. Разработанные композиты на основе СВМПЭ, наполненного МБТ и оксидами металлов, могут найти применение в технике и различных оборудованиях благодаря улучшенным свойствам.
Бесплатно
Статья научная
Потери мощности в преобразователях вызывают в сети постоянного тока отклонения потока мощности от желаемого значения. Для точного управления потоком мощности в сети постоянного тока необходимо устранить указанные отклонения. При моделировании пятитерминальной системы ПИН-ВППТ в Matlab/Simulink показано, как добиться точного управления потоком мощности в системе МППТ с учетом потерь мощности в преобразователях и в линии постоянного тока
Бесплатно
