Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
В статье представлены результаты исследований по выявлению зависимости химического состава, внутренней и внешней структуры медных анодов, полученных в лабораторных условиях, от толщины и природы наносимых на поверхность изложницы противопригарных покрытий. Медные аноды получены при отливке анодной меди в изложницы, которые были обработаны разделительным противопригарным покрытием, имеющим различную толщину слоя (0,1 мм, 0,5 мм, 1,0 мм) и состав смеси. В качестве исходных компонентов противопригарных покрытий были выбраны шамотный мертель, «Литоформ» марки 900, технический углерод и синтетический ангидрит. Состав отлитых анодов определяли методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Электронно- микроскопические исследования проводили на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega III SBH с интегрированной системой микроанализа Oxford X-Act и применением вспомогательного оборудования (поста напыления углеродом - Q150R Quorum Technologies Ltd). В работе выполнен комплекс исследований внутренней структуры медных отливок с определением локального химического состава. По результатам исследований установлено, что самыми эффективными из опытных составов являются смесь синтетического ангидрита с углеродом в соотношении 50/50 и синтетический ангидрит в чистом виде. В работе показано, что ангидрит в чистом виде находится на том же уровне по заработке примесей и качеству отливок, что и шамотный мертель, поэтому данное покрытие рекомендуется для применения в технологии отливки анодной меди. Это позволяет одновременно решать задачу утилизации избыточной серной кислоты на предприятии «Надеждинский металлургический завод имени Б. И. Колесникова» ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель».
Бесплатно
Статья научная
Развитие современной ядерной промышленности приводит к необходимости создания материалов, работающих при высоких температурах, больших механических нагрузках, агрессивных средах. Сплав 47ХНМ рекомендован для использования в ядерных реакторах, так как обладает высоким сопротивлением пластическим деформациям и релаксационной стойкостью в условиях статического и циклического нагружений, малым упругим гистерезисом, высокой усталостной прочностью и высокой коррозионной стойкостью, термостойкостью.В статье представлены результаты исследования изменений физико-механических свойств, фазового состава и структур промышленного сплава 47ХНМ после старения методами рентгеноструктурного анализа, измерений микротвердости, а также методами дифракционной электронной микроскопии.Установлена зависимость микротвердости от интервала времени проведения старения. В работе проанализированы рентгенограммы сплава 47ХНМ, где обнаружены фазы со структурой Франка-Каспера. Предложена кластерная модель межзеренных границ.
Бесплатно
Статья научная
В процессе проведения электронно-лучевой сварки важное практическое значение имеет правильный подбор размера пятна электронного пучка на стыке свариваемых конструкций, расположение фокуса электронного пучка относительно границы «поверхность стыка - вакуум», а также распределение удельной мощности по поперечному сечению пучка. Цель работы - представить метод измерения распределения плотности тока электронного пучка электронно- лучевой сварки по его поперечному сечению, заключающийся в осциллографировании тока электронов, проходящих через узкую измерительную щель металлической пластины в цилиндр Фарадея при быстрой развёртке измеряемого пучка электронов поперёк измерительных щелей. Представленный метод позволит находить положение фокуса сварочного электронного пучка, определять размер профиля электронного пучка в необходимом месте траектории сварочного пучка, а также автоматизировать процесс измерения этих параметров сварочного электронного пучка. При данном методе точность измерения ухудшается из-за того, что от полезного сигнала цилиндра Фарадея вычитается величина тока отражённых из цилиндра Фарадея электронов, а термоэмиссионные электроны от измерительной решётки при работе на высоком уровне измеряемого тока добавляются. Чтобы минимизировать их влияние, использован дополнительный решётчатый экран, электрически связанный с цилиндром Фарадея. Измеряемый сварочный ток создаёт высокую тепловую нагрузку на измерительную решётку, поэтому развёртка пучка по ней производится на максимально быстрой скорости, какую позволяет полоса пропускания системы развертки с минимальной нелинейностью. Измерительная решётка изготовлена из тугоплавкого тантала. Основную часть тепловой нагрузки импульса измеряемого тока вне времени развёртки пучка принимают массивные медные экраны, один из которых имеет форму решётки, щели которых шире, чем щели у измерительной решётки. Данным методом проведено измерение распределения плотности тока источника пучка электронов с энергией 90 кэВ в диапазоне от 1 мА до 80 мА. Предлагаемый способ позволяет проводить измерение распределения плотноститока электронного пучка электронно-лучевой сварки по его поперечному сечению с точностью до ±10 %.
Бесплатно
Измерение реактивной тяги ионных двигателей методом двойного угла
Статья научная
Данная статья венчает обзорные работы авторов вчасти силовых стендов измерения тяги ионных двигателей. Авторы представили аэродинамический стенд с шарнирной мишенью с шарниром на магнитном подвесе. Ключевая особенность представленной конструкции от всех предыдущих - это снижение момента силы тяжести мишени методом двойного угла (аналогия с провисшей дверью). Это позволило увеличить чувствительность стенда до уровней субмикроньютонов (в экспериментах от 110 нН) и уверенно регистрировать усилия уровней мкН без снижения жёсткости мишени. В работе представлены результаты замера тяг одиночной ионно-оптической системы и прототипа ускорительного микродвигателя, разработанного авторами.
Бесплатно
Статья научная
Статья предлагает способ оценки эффективности и потенциала энергосбережения в муниципальной бюджетной сфере на примере сети муниципальных образовательных учреждений города Красноярска, который выполнен по критериальным выражениям, основанным на законе оптимального построения техноценозов путем сопоставления двух интегральных показателей, один из которых характеризует получаемый положительный эффект, а второй - затраты.
Бесплатно
Статья научная
Прогноз вырабатываемой электроэнергии солнечной электростанции позволяет эффективно и безопасно управлять электрическими сетями, интегрирующими сегмент солнечной энергетики. Рынок «сутки вперед» покупает по штрафным тарифам электроэнергию солнечных электростанций, отклоняющуюся более чем на 5 % максимальной мощности солнечной электростанции от предоставляемого почасового макета рынка «сутки вперед» ее выработки. Проведенный анализ существующего программного обеспечения показал отсутствие доступного программного обеспечения для эффективного прогнозирования выработки солнечной электростанции. В данном исследовании разработана, апробирована и реализована технология непрямого прогнозирования вырабатываемой электроэнергии солнечной электростанции на основе модифицированной нечеткой нейросети с механизмом внимания. Разработаны UML диаграмма классов и блочно-модульная архитектура интеллектуальной технологии непрямого прогнозирования солнечной электростанции, обеспечивающая ее гибкость и легкую модификацию. Апробация интеллектуальной технологии непрямого прогнозирования выработки солнечной электростанции отражает ее эффективные, робастные результаты и целесообразность ее применения для автоматического построения макетов рынка «сутки вперед».
Бесплатно
Интенсификация теплоподвода к геотермальным теплообменникам
Статья научная
Необходимость обеспечения надежного теплового контакта между элементами геотермальных теплообменников и окружающей средой приводит к использованию разнообразных засыпок. В качестве засыпок используются различные материалы: от обычного цемента до материалов с фазовыми переходами. Применение перспективных строительных материалов и материалов с фазовыми переходами заметно повышает и без того существенные капитальные затраты при строительстве скважин с геотермальными теплообменниками. Предложено использовать в качестве засыпки распространенный и недорогой материал - увлажненный песок. Решение задачи получено методом конечных разностей. Использовалась неявная разностная схема и алгоритм прогонки. Шаг по координате составлял не более 10 мм. Объемная влажность песчаной засыпки варьировалась от начальной (5 %) до 25 % и была ограничена открытой пористостью. Начальная температура в рассматриваемой области решения принималась равной температуре разогретых пород 298.15-373,15 К. Температура прокачиваемого энергоносителя составляла 278,15 К. В работе установлено, что увеличение влажности песчаной засыпки приводит к росту теплопритоков на 4-12,5 %. Показано существенное влияние нестационарности процессов переноса и температур горячих пород на интенсификацию теплообмена в рассматриваемой системе.
Бесплатно
Использование камертонного датчика для измерения вязкости в закрытом объеме
Статья научная
Рассмотрена оригинальная конструкция лабораторного датчика вязкости камертонного типа, состоящего из скобы камертона, к основанию которой через непроницаемую для жидкости мембрану присоединены измерительные зонды (пробные тела), которые в процессе измерения погружаются в исследуемую жидкость. Мембрана делит внутреннее пространство составной обечайки корпуса на два объема, один из которых - измерительный; к ветвям скобы камертона присоединены электромеханические преобразователи, которые обеспечивают возбуждение колебаний измерительной системы и регистрацию изменяющегося во время эксперимента выходного сигнала. Конструкция датчика вязкости предусматривает его установку на горизонтальную подвижную платформу универсального стенд-штатива вибрационного вискозиметра «Реокинетика» с фиксацией на ползунах, а также обеспечивает возможность присоединения внешнего циркуляционного термостата. Предлагаемая конструкция датчика вязкости может быть использована при разработке измерительных комплексов, предназначенных для контроля реологического состояния метастабильных жидкостей в закрытом измерительном объеме, в том числе испаряющихся и токсичных жидкостей, а также гелеобразующих составов, используемых в технологиях увеличения нефтеотдачи для ограничения водопритока и перераспределения фильтрационных потоков, представляющих собой изначально маловязкие ньютоновские жидкости, которые после закачки в пласт через заданное время образуют гель. Приведены результаты измерений вязкости стандартных углеводородных жидкостей в замкнутом измерительном объеме; установлено, что зависимость выходного сигнала предлагаемого датчика, включенного в схему управления вибрационного вискозиметра «Реокинетика», от квадратного корня из произведения вязкости и плотности исследуемой жидкости имеет линейный характер; определена чувствительность датчика, величина которой составляет 0,1 В·(кг·Па·с·м-3)-0,5.
Бесплатно
Статья научная
В рамках данного исследования предложено использование алгоритмов машинного обучения для прогнозирования отключений электрической энергии на линиях электропередачи 110 кВ на основе данных по параметрам самих линий. В качестве алгоритмов машинного обучения были опробованы 5 классификаторов: машина опорных векторов, логистическая регрессия, случайный лес, градиентные бустинги LightGBM Classifier и CatBoostClassifier. Для автоматизации процесса преобразования данных и устранения возможности их утечки использовался пайплайн и компоновщик разнородных признаков, данные для прогнозирования подготавливались методами горячего кодирования для категориальных переменных и стандартизации для количественных. Обучение модели производилось методом кросс-валидации со стратифицированным разделением. Настройка гиперпараметров классификаторов осуществлена методами оптимизации случайных параметров и сеточного поиска. Сравнение качества предсказания обученных моделей производилось по метрикам ROC-AUC, AUC-PR, Accuracy, точность, полнота и F-1 мера. Наилучшие результаты прогнозирования отключений удалось достичь модели логистической регрессии с методом взвешивания классов в качестве борьбы с дисбалансом классов, метрика ROC-AUC которой на тестовой выборке достигла 0.84. Таким образом, данное исследование подтверждает возможность использования данных по параметрам ЛЭП для прогнозирования отключений электрической энергии на ЛЭП 110 кВ.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе приведены результаты триботехнических и структурных исследований в зависимости от содержания углеродных волокон (УВ) и технологии получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). На основании проведенных исследований установлено, что в зависимости от содержания УВ в ПТФЭ изменяются механизм изнашивания композитов на его основе и продукты триботехнических реакций на поверхностях трения.
Бесплатно
Статья научная
Горелочные устройства из пористых материалов (радиационные пористые горелки) представляют собой инновационную технологию, при которой большая часть энергии топлива превращается в энергию электромагнитного излучения инфракрасной области спектра с целью ее преобразования в другие виды энергии: тепловую, электрическую, химическую. Возможные перспективы внедрения радиационных пористых горелок в горелочные устройства для розжига угольной пыли обусловлены локализацией точки воспламенения пылеугольной смеси, при которой отсутствует перемещение ядра факела, наблюдается снижение его пульсации. В работе приведены результаты экспериментов по розжигу угольной пыли с использованием пористых горелочных устройств.
Бесплатно
Исследование индукторного генератора в пакете Ansys Maxwell
Статья научная
Вопрос исследования магнитного поля электрических машин часто затруднён задачей точного описания геометрии магнитной системы. Для изучения индукторного генератора был использован программный пакет ANSYS Maxwell. Этот набор программ предназначен для моделирования электромагнитных полей при проектировании и исследовании моделей двигателей. По завершении расчетов пользователь может оценить результат по зависимостям коэффициента полезного действия, электрического тока, величин потерь, а также провести анализ расчета распределения магнитной индукции в объёме индукторного генератора с помощью карт эффективности. Каждая точка на такой карте является результатом запуска оптимизации по нескольким допустимым условиям работы генератора. Все фактические точки, которые используются при создании карт эффективности, определяются при решении большой параметрической таблицы со всеми жизнеспособными и реализуемыми на практике условиями работы машины.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлены результаты исследований физико-химических и фотоэлектрохимических свойств наногетероструктур WS2-SnO2, полученных методом электроискровой эрозии. Данные рентгенофазового анализа показали наличие в конечных продуктах синтеза фаз гексагонального WS2 (JCPDS-ICDD 87-2417) и орторомбического SnO2 (JCPDS-ICDD 78-1063), что хорошо согласуется с результатами исследования дифракции электронов в выбранной области. С помощью просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии было установлено, что полученные материалы представляют собой наночастицы WS2 с размерами 40-60 нм, адгезировавшие к поверхности наночастиц SnO2 с размерами 10-20 нм.
Бесплатно
Исследование обратного канала передачи информации "заряд-устье скважины" при буровзрывных работах
Статья научная
В статье описан метод организации беспроводного канала связи между устройством активации заряда, расположенного в грунтовой скважине на глубине до 25 м, и сейсмостанцией на поверхности. Канал из скважины на поверхность грунта позволит передавать служебные данные и команды отклика на сигнал активации на приемный тракт сейсмостанции для исключения утерянных зарядов и подтверждения активации рабочих зарядов. Необходима разработка метода и определение рабочих частот канала в условиях грунтов (сухих и обводненных) с учетом ограничения передатчика и антенны линейными размерами скважины (диаметр не более 80 мм). Описана конструкция исполнительного устройства, а также приемной/передающей антенны, проведены измерения напряженности магнитного поля при удалении от нее на частотах 20- 100 кГц. Результаты измерений были использованы для оценки напряженности вертикальной компоненты магнитного поля в поглощающих средах с электрофизическими свойствами грунтов.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследовано влияние механической активации политетрафторэтилена ПТФЭ на свойства наполненных композитов. Установлено, что у полимерной смеси ПТФЭ с 10 мас.% активированного ПТФЭ в планетарной мельнице в течение 5 минут повышаются деформационно-прочностные показатели и модуль упругости. Показано, что добавление 0,5-2 мас.% активированного Сибунита в полимерную матрицу не приводит к снижению деформационно- прочностных показателей по сравнению с исходным ПТФЭ, износостойкость полимерных композиционных материалов ПКМ при этом повышается в 6-56 раз. Это, видимо, связано с тем, что при активации частицы Сибунита диспергируются, а также модифицированная матрица характеризуется улучшенными значениями деформационно-прочностных характеристик, что компенсирует негативное влияние наполнителя на эти показатели при наполнении содержания Сибунита до 2 мас.%. Увеличение концентрации до 5 мас.% приводит к повышениюизносостойкости в 107 раз, но к снижению деформационно-прочностных показателей ПКМ. Таким образом, на основании проведенных исследований показана перспективность использования полимерной смеси ПТФЭ-активированный ПТФЭ, содержащий до 10 мас.% активированного полимера.
Бесплатно
Статья научная
В условиях интеграции вычислительных ресурсов в физические процессы можно говорить о киберфизических системах электроснабжения (КФСЭ). В КФСЭ, как правило, используются установки распределенной генерации (РГ). В связи с изменениями нагрузок и топологии сети необходимо проводить оптимизацию настроек регуляторов РГ для всех режимов работы. Ввиду значительной трудоемкости таких процедур более эффективный подход может быть реализован на основе регуляторов с прогнозирующим звеном. В работе представлено описание киберфизической модели установки РГ и приводится описание самонастраивающегося прогностического регулятора скорости вращения ротора синхронного генератора. Моделирование выполнено в пакете Simulink системы MatLab. Исследовалась эффективность предлагаемого регулятора в нормальных и аварийных режимах. Результаты проведенных экспериментов показали его преимущества и эффективность в сравнении с типовым: провал скорости ротора снижался в среднем на 34 %, перерегулирование уменьшалось на 32 %; при подключении мощной нагрузки перерегулирование напряжения уменьшалось на 21 %; при отключении нагрузки провал напряжения снижался на 13 %; в режиме кратковременного короткого замыкания провал скорости вращения ротора генератора уменьшался в 1,3 раза и в 2,6 раза снижалось перерегулирование этой величины.
Бесплатно
Исследование синтеза новых интерметаллических сплавов на подложке из белого высокохромистого чугуна
Статья научная
На горно-обогатительных предприятиях широко применяют шламовые насосы, рабочие детали которых работают в жёстких условиях износа. Основным материалом таких деталей служат белые чугуны. Детали из этого материала не подлежат восстановлению наплавкой, и предприятия вынуждены заменять их целиком. Изучен элементный состав и структура деталей проточной части шламового насоса WARMAN из белого высокохромистого чугуна марки ULTRACHROME®A05. Данные чугуны относятся к категории не свариваемых материалов. Данная проблема решена новым инновационным подходом - путём создания материалов со свойствами, специфичными для конкретного места MSP (materials with site-specific properties). Для её реализации путём наплавки мест износа предложено использовать технологию WAAM на базе способа TIG с двумя присадочными проволоками. Структурно технология построена следующим образом: подогрев детали, наплавка первого слоя из стали Х23Ю5Т и второго слоя из алюминиевого сплава 4043. Показано, что при такой технологии не образуются трещины на поверхности детали, а после кристаллизации второго слоя сформировался преимущественно слой интерметаллидов Fe3Al. Твёрдость слоя на 24 % выше, чем исходная твёрдость детали.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности управления (регулирования) тепловыми режимами в энергоэффективной теплице с трансформируемым корпусом для индивидуального пользования. На основе анализа существующих систем тепло-влажностной обработки воздуха гелиотеплицы и создания оптимальной влажности нами разработан алгоритм управления тепловыми режимами работы энергоэффективной теплицы с трансформируемым корпусом с многокомпонентной структурой гелиотеплицы для индивидуального пользования. Показана система управления тепловыми режимами в энергоэффективной теплице с трансформируемым корпусом в виде однокомпонентной структуры, которая может быть использована при комбинации с электрическим или твердотопливным котлом. Проведенные исследования показывают, что для рационального и экономного пользования ресурсами искусственного обогрева в гелиотеплице с трансформируемым (регулируемым) корпусом рекомендуется применение интеллектуальной системы с автоматизированным управлением.
Бесплатно
Исследование технико-экономических показателей автономных энергокомплексов
Статья научная
В работе исследованы технико-экономические показатели автономных энергокомплексов с номинальной мощностью 5 кВт, предназначенных для индивидуальных потребителей. Проведены расчеты наиболее распространенных видов энергокомплексов: автономная фотоэлектрическая станция+дизельная электростанция, автономная фотоэлектрическая станция+газовый котел, автономная фотоэлектрическая станция+электрический котел, автономная фотоэлектрическая станция+котел на твердом топливе, предназначенных для индивидуальных потребителей. Расчеты технико-экономических показателей автономных энергокомплексов, предназначенных для индивидуальных потребителей, показывают, что вполне приемлемы для их эксплуатации и создания гибридных автономных энергокомплексов. Таким образом, индивидуальным потребителям, проживающим в отдалении от линии электропередач, рекомендуется в зависимости от обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами, использовать гибридные автономные энергокомплексы.
Бесплатно
Исследование тороидального резонатора ускорительного СВЧ-ионного двигателя
Статья научная
В работе представлены результаты исследования тороидального резонатора, прототипа ускорительного СВЧ-ионного двигателя, в части определения величины ускоряющего напряжения в ёмкостном зазоре тороидального резонатора. Для решения данной задачи были применены экспериментальные методы теплового и частотного анализа. Показано, что при энергопотреблении СВЧ-автогенератора 3 Вт в режиме работы прототипа без разряда мощность СВЧ-потерь в полости тороидального резонатора составила 1.271 Вт по частотному методу и 0.97 Вт по калориметрическому методу. Величина ускоряющего напряжения в зазоре, рассчитанная по мощности СВЧ-потерь, найденная тепловым методом, составила 436.8 В. Частотный метод показал, что мощности гармоник основной частоты в полости тороидального резонатора пренебрежимо малы по сравнению с основной частотой. При совместной работе резонаторов гармоники основной частоты служат индикаторами их резонансных областей.
Бесплатно
