Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
Одним из направлений развития энергетических установок для выработки электроэнергии является применение двухступенчатых циклов Ренкина. В них применяют два рабочих тела: водяные пары и хладон. Каждое рабочее тело циркулирует в собственном контуре и совершает работу. Внешний подвод энергии от сжигания органического топлива осуществляют в пароводяном цикле Ренкина. Теплоту, выводимую из пароводяного контура, направляют в теплообменник, где генерируют пар низкокипящего рабочего тела. Этот контур принято называть органическим циклом Ренкина (ORC).В статье рассмотрены двухступенчатые циклы Ренкина разного уровня сложности с использованием широкого ряда хладонов. Показано, что рост термической эффективности таких циклов связан с количеством пара хладонов, генерируемым 1 кг/с водяного пара, и зависит от вида рабочего тела. Проведен анализ работы таких циклов в зависимости от температуры входа водяного пара в паровую турбину, температуры входа хладона в ORC-турбину и температуры окружающей среды. Выявлено, что температура входа водяного пара и хладагента по-разному влияет на эффективность цикла. Сделан вывод, что по мере усложнения тепловой схемы двухступенчатого цикла его эффективность растет более чем на 8 %. Показано, что двухступенчатый цикл Ренкина сопоставим с технологиями паросиловой установки на сверхкритических и суперсверхкритических параметрах и внутрицикловой газификации топлива и уступает циклу Аллама и ПГУ на основе перспективных газовых турбин серий Н и НА.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена эффективная по сравнению с распространенными технология изготовления электродов из хромистой бронзы для контактной рельефной сварки арматурных стержней. В рамках этой технологии рассмотрен способ приготовления расплава с легированием мультикомпонентным элементом, включающим базовые элементы - матрицу из медного порошка и наполнитель из наноструктурированных частиц хрома. Технология основана на совмещенном процессе литье - пластическая деформация и позволяет за одну операцию получить готовый электрод контактной сварки типа D. Представлены результаты микроструктурного, микрорентгеноспектрального и локального энергодисперсионного (микро) анализа образцов электродов, полученных по разным технологиям, объясняющие основной характер потери работоспособности электродов. Рассмотрены результаты фрактографических исследований контактной поверхности электродов. Для всех образцов электродов исследованы электропроводность и механические свойства. Приведены результаты испытаний на машине контактной сварки с оценкой износа электродов и причины выхода их из строя.
Бесплатно
Влияние угла наклона щелевого канала на стекание воды
Статья научная
В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния капиллярных явлений на стекание воды при таянии снега в щелевом канале при угле наклона от горизонтали 5о, 10о, 15о и 20о. Приведено описание макета щелевого канала и методики проведения экспериментов. В ходе экспериментов выявлены особенности стекания воды в зависимости от величины зазора и угла наклона щелевого канала. Получена зависимость минимальных значений зазора канала от угла наклона, при которых наблюдается свободное стекание воды без влияния капиллярных сил. Полученные результаты могут быть использованы при разработке эффективных методов удаления инея в пластинчатых теплообменниках холодильного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Улучшение процесса технологии холодного прессования полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, с целью получения деталей узлов трения с заранее заданными эксплуатационными свойствами, для обеспечения их долговечности и износостойкости является актуальной задачей современного материаловедения. В статье рассмотрено влияние технологических режимов прессования на триботехнические характеристики и механические свойства политетрафторэтилена, модифицированного детонационными наноалмазами различной концентрации.В результате исследований установлено, что применение технологического режима ультразвукового прессования с частотой 17 кГц и одновременно наложенной низкочастотной амплитудной модуляцией 100 Гц для прессования изделий из политетрафторэтилена, модифицированного детонационными наноалмазами 0,5 % масс., позволяет повысить предел прочности при растяжении на 18 %, относительное удлинение на 14 %, модуль упругости на 15 %, снизить интенсивность массового изнашивания на 22 % и коэффициент трения на 17 %.
Бесплатно
Вопросы разработки солнечных коллекторов с высоким коэффициентом полезного действия
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы создания энергоэффективных солнечных водяных коллекторов.Для разработки энергетически эффективных солнечных водяных коллекторов (СВК) предлагается использование методов рациональной интенсификации теплообмена в каналах коллекторов. Отмечено, что применяемые способы повышения теплопередачи от стенок коллектора к воде должны быть разработаны для условий низкоскоростного течения теплоносителя. При таких режимах течения наиболее приемлемыми способами интенсификации теплоотдачи можно считать: закрутку потока, применение искусственной шероховатости, обновление гидродинамического пограничного слоя за счет создания в потоке знакопеременного градиента давления.Анализ проведенных исследований показывает, что наибольшие эффекты увеличения теплоотдачи возникают в области чисел Re от 2000 до 8000, т. е. в ламинарной области течений и области слабо развитой турбулентности. Для условий, при которых интенсификаторы теплообмена установлены внутри труб, получен критерий эффективности, определявший отношение числа труб с интенсификаторами к числу гладких труб.Расчет выполнен для условий, когда теплопроизводительность, расход, мощность на прокачку теплоносителя и диаметр труб СВК с гладкими трубами равны теплопроизводительности, расходу, мощности на прокачку теплоносителя, диаметру труб СВК с интенсифицированными трубами. Кроме указанного критерия эффективности СВК получена формула сравнения теплообмена в СВК с интенсифицированными трубами и СВК с гладкими трубами.
Бесплатно
Гидроманипуляторы в подводной и радиационных средах: обзор тенденций
Статья научная
В статье рассмотрены различные аспекты, связанные с применением гидропривода в манипуляционных системах, и их сравнение с электроприводом. Приведены модели гидроприводов и манипуляторов на их основе. Дан обзор применяемых схем управления гидроприводом. Рассматриваются тенденции в управлении и моделировании.
Бесплатно
Диагностика неразмыкаемого поверхностного контактного соединения ультразвуковым сигналом
Статья научная
В статье рассматривается акустический метод диагностики неразмыкаемого поверхностного электрического контакта, выполненного болтовым соединением. Осуществлен подбор акустического метода, основанного на уменьшении амплитуды ультразвуковой волны, прошедшей через объект контроля, который является наиболее эффективным для осуществления контроля плотности контактного соединения. Выполнен подбор необходимого оборудования для проведения контроля плотности неразборного контактного соединения. На основе проведенного подбора создан экспериментальный стенд. Получены экспериментальные данные ультразвукового сквозного прозвучивания объекта контроля, показывающие влияние плотности контакта на прохождение ультразвукового сигнала. Обоснована возможность применения акустического метода для контроля плотности электрического контакта, выполненного болтовым соединением.
Бесплатно
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
Статья является продолжением проводимых исследований [1] и раскрывает особенности структуры и химического состава медных анодов, полученных в лабораторных условиях. В качестве замены шамотного мертеля при отливке медных анодов в количестве 50 % были использованы природный и синтетический обжиговый ангидрит. Партия природного ангидрита доставлена с шихты «Ангидрит», и произведён отсев фракции -0,071 мм, далее используемой для приготовления противопригарного покрытия. Синтетический ангидрит получен путём нейтрализации пульпы известняка карьера «Мокулаевский» крепкой серной кислотой и последующей фильтрацией, сушкой и обжигом двуводного гипса. Для отливки анодов с данными материалами использовали толщину покрытия на изложнице 0,1 мм, ввиду того что в предыдущих опытах были получены приемлемые результаты по газонасыщению и заработке примесей. Выполнено 2 опыта: 1 - смесь природного ангидрита и шамотного мертеля в соотношении 50/50; 2 - смесь обжигового ангидрита и шамотного мертеля в соотношении 50/50. Для каждого опыта получены 4 медных образца. Состав отлитых анодов определяли методом микрорентгеноспектрального анализа на сканирующем электронном микроскопе Tescan TIMA 3 с интегрированной системой микроанализа Oxford X-Act. Состав порошкообразных компонентов определяли при помощи дифрактометра Rigaku MiniFlex. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования синтетического и природного ангидрита в процессе разливки анодной меди. Подробно изучены 2 ключевые области отливок из анодной меди - пограничный слой между телом анода и изложницей и само тело, в результате которых определено, что основная масса примесей с противопригарного покрытия накапливается на поверхности, создавая проблемы для проникновения электрического тока в процессе электрорафинирования
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
Измерение тепловых потоков в лабораторной модели термоэлектрического холодильника
Статья научная
В статье представлена методика измерения и расчета тепловых потоков в лабораторной модели термоэлектрического холодильника. С помощью разработанной методики проведены исследования основных характеристик охлаждения в широком диапазоне температурных условий и параметров электропитания термоэлектрического модуля. В результате исследований определены величины тепловых потоков и термических сопротивлений теплоизолированного корпуса термоэлектрического холодильника, устройств подвода и отвода теплоты. Из данных измерений получены нагрузочные характеристики термоэлектрического модуля при разных значениях силы тока и температуры его горячей стороны
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 статье представлены результаты расчётного исследования влияния газожидкостных систем на скорость растепления многолетнемерзлых пород при бурении. Исследовано влияния различных факторов на процесс растепления прискваженной зоны в процессе бурения скважин. Проанализировано влияние газосодержания в пене на теплофизические характеристики растворов и на скорость процесса растепления многолетнемерзлых пород при бурении, а также влияние концентрации различных добавок на свойства пен и процесса растепления многолетнемерзлых пород при бурении. Показано, что с помощью добавок различных химических реагентов можно влиять на теплофизические и реологические свойства газожидкостных систем, что может благоприятно сказываться на скорости процесса растепления многолетнемерзлых пород при бурении.
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
