Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 792
Исследование процесса избирательного нагрева зерна и насекомых в СВЧ-поле
Статья научная
Представлены результаты исследования избирательности нагрева СВЧ-полем за счет различной восприимчивости материала зерна и насекомых к диэлектрическому нагреву. Применение избирательности СВЧ-нагрева открывает перспективу по использованию электротехнологии в биотехнологиях, агропромышленным производстве, медицине и других отраслях народного хозяйства. На стыке наук открываются перспективные направления новых научных исследований с огромными возможностями применения в производстве. В ходе предварительных исследований была выявлена необходимость определения эффективности избирательного нагрева. Автором выявлено, что эффективность избирательного нагрева определяется диэлектрическими параметрами зерна и насекомых, что говорит о возможности такого нагрева, который будет губительным для клеток насекомых и безопасным для клеток зерна Наши работы проводятся по контракту «Разработка технологической линии получения высококлассных семян из неликвидного зернового материала», заключенного в рамках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса», организованной Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Бесплатно
Статья научная
Доменный газ является побочным продуктом выплавки чугуна. Сегодня на многих металлургических предприятиях России и Европы широко используются системы газоочистки доменного газа проекта люксембургской компании Paul Wurth. С точки зрения эффективности и затрат энергии на очистку колошникового газа в данных системах газоочисток очень важен процесс тепло- и массообмена в пре-скруббере. В данной работе представлены результаты расчета тепломассообмена в пре-скруббере при различных диаметрах капель диспергированной технической воды. В основе данного расчета лежит уравнение теплового баланса для капли распыленной технической воды, движущейся в потоке запыленного доменного газа. Для определения значения величин коэффициентов тепло- и массоотдачи используется аналогия процессов переноса тепловой энергии и массы.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является асинхронный двигатель для электропривода редукторного n-блочного волочильного стана поводкового типа, применяемого для производства стальной проволоки из горячекатаной заготовки диаметром 8-12 мм. Показано, что современные волочильные станы оснащены регулируемыми автоматизированными электроприводами на основе традиционных асинхронных двигателей, частотных преобразователей или устройств плавного пуска. Приведены технологические особенности процесса волочения и главные требования к электроприводу волочильного стана, одним из которых является величина пускового момента двигателя. Отмечено, что вращающий момент асинхронного двигателя, пусковой момент которого в 1,6-2,2 раза больше номинального момента, передается на вал тянущего барабана блока через многоступенчатый редуктор, понижающий скорость и повышающий момент двигателя в 3,5-16,5 раза. Наличие редуктора уменьшает КПД электропривода минимум на 13-20 %, что снижает энергоэффективность процесса волочения и конкурентную способность продукции. В работе поставлена задача исследования момента асинхронного двигателя с целью создания безредукторного волочильного стана и его электропривода путем разработки объектно-ориентированного асинхронного двигателя с увеличенной кратностью пускового момента. Задача решается с учетом насыщения магнитной системы двигателя и эффекта вытеснения тока в обмотке ротора. Решение задачи выполнено методом математического анализа и моделирования механической характеристики двигателя с использованием специализированной программы для ЭВМ. Показана возможность создания асинхронного двигателя с пусковым моментом, достаточным для обеспечения процесса волочения без использования механического редуктора. Применение безредукторного тянущего барабана волочильного блока позволит упростить его конструкцию, повысить надежность, снизить эксплуатационные расходы, уменьшить удельный расход электроэнергии на процесс волочения на 17-20 %. Результаты исследований рекомендуются специалистам по разработке электрических машин, электромашиностроительных предприятий, технологам и конструкторам механического оборудования для метизной промышленности.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследования работы синхронного двигателя при кратковременной потере напряжения, выполненные посредством моделирования в среде Simulink MATLAB. Исследования выполнены с учётом особенностей систем электроснабжения горных предприятий. Рассмотрен процесс самозапуска синхронного двигателя при различных значениях просадок питающего напряжения, возникающих при аварийных ситуациях. Одной из причин самозапуска может являться кратковременное глубокое снижение напряжения вследствие близкого короткого замыкания (К3). Восстановление питания в условиях горных предприятий происходит в условиях сниженной суммарной мощности источника питания. Потому неоправданное увеличение суммарной мощности синхронных электродвигателей, участвующих в самозапуске, может в этих условиях привести к отрицательным результатам. Выполнен анализ результатов исследования. Сделан вывод об эффективности модели, используемой для анализа динамических свойств синхронного двигателя при кратковременной потере питания.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена работа системы самовозбуждения синхронного генератора, выполненной с одноканальной и многоканальной СУТ с различными способами синхронизации, при внешних несимметричных коротких замыканиях. Показаны достоинства и недостатки различных способов управления. Представлены выражения для расчета напряжения возбуждения, кратности форсировки генератора по напряжению, длительностей работы тиристоров.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены режимы работы различных схем использования детандер-генераторных агрегатов на когенерационных котельных с газопоршневыми двигателями внутреннего сгорания. Показано, что при низких температурах воздуха в схеме с отсутствием предварительного подогрева газа могут выпадать кристаллогидраты в газопроводе после детандера. Для недопущения этого явления предложен режим с поддержанием более высокого выходного давления в детандере, чем минимально допустимое давление по условию недопущения образования кристаллогидратов. Показано, что при данном режиме уменьшится работа детандера. Проведен анализ влияния начальных параметров газа на величину работы детандера. Выявлено, что схема с подогревом газа перед детандером позволяет полностью реализовать располагаемый перепад давлений. Дополнительным преимуществом применения предварительного подогрева является увеличение удельной работы детандера за счет более высокой входной температуры газа. Показано, что при определенном значении температуры наружного воздуха в летний период использование подогрева газа может стать невыгодным из-за уменьшения коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания для схемы с подогревом. При более высоких температурах наружного воздуха предложен режим с отключением подогрева газа. Для когенерационной котельной с 3 газопоршневыми двигателями внутреннего сгорания проведен расчет годовой и среднемесячной экономии топлива от применения различных схем детандер-генераторных агрегатов по сравнению со схемой с дросселированием газа. Наибольший энергетический эффект от применения предварительного подогрева газа будет в зимний период, так как подогрев позволяет снять ограничения по величине выходного давления газа и тем самым полностью использовать располагаемый перепад давлений в детандере. Показано, что подогрев газа перед детандером до 100 °С позволяет увеличить годовую экономию топлива примерно в 1,4 раза по сравнению с использованием схемы с детандером без подогрева.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена классификация систем слежения за Солнцем фотоэлектрических станций (ФЭС), их принцип действия. Разработана расчетная модель сетевой ФЭС мощностью 5 кВт в программном обеспечении PVsyst: выбрано оборудование ФЭС, обоснован выбор оптимальных углов наклона фотоэлектрических модулей (ФМ). Проведен анализ работы сетевой ФЭС в условиях Оренбургской области средствами PVsyst при эксплуатации статично расположенных ФМ без изменения угла наклона ФМ и сезонным изменением угла наклона ФМ, одноосевых солнечных трекеров с вертикальной и горизонтальной осями вращения, а также двухосевого солнечного трекера. Анализ выполнен на основе данных по солнечной инсоляции за 2019 год, полученных с собственной метеостанции HP-2000. Выявлено, что наибольшая генерация электроэнергии в течение года обеспечивается ФЭС с двухосевым солнечным трекером, а также ФЭС с одноосевым солнечным трекером и вертикальной осью вращения (прирост генерации электроэнергии за год составил 13,2 и 11,5 % соответственно) относительно варианта со статично расположенными ФМ (без изменения угла наклона ФМ в течение года).
Бесплатно
Исследование способов снижения пускового тока при запуске высоковольтных двигателей
Статья научная
Функционирование мощных электроустановок промышленного производства, в частности металлургии и нефтегазовой отрасли, связано со сложными технологическими процессами, требующими повышенного внимания к используемому оборудованию, так как оно функционирует в сложных и особо опасных производственных условиях, используется на объектах непрерывного действия. Мощные высоковольтные воздушные и газовые компрессоры относятся к объектам с повышенным потреблением электрической энергии, имеющим значительные пусковые токи. Данные обстоятельства накладывают отпечаток не только на форму питающего напряжения, но и на состояние энергетической системы в целом. В настоящее время разработка методов ограничения пусковых токов является актуальной задачей для объектов, используемых на промышленных предприятиях разного профиля. Включение компрессора в технологический процесс не всегда возможно без предварительного согласования его пуска с уже работающим оборудованием, особенно с объектами с высокой категорийностью электроснабжения. В данной работе произведено исследование имеющейся системы управления, а также рассмотрены возможные варианты модернизации системы, направленные на улучшение ее энергетических показателей.
Бесплатно
Исследование схем, конструкций, технических решений плоских солнечных термальных коллекторов
Статья научная
Исследованы схемы, конструкции, технические решения плоских солнечных термальных коллекторов, в том числе проведена классификация технических решений в конструкции солнечных термальных коллекторов, проведен их анализ. Предложены технические решения, повышающие эффективность плоского солнечного термального коллектора. Разработаны технические требования к ним для систем автономного теплообеспечения.
Бесплатно
Исследование тепловых характеристик твердого изолированного цилиндрического аккумулятора теплоты
Статья научная
В работе обоснована актуальность исследования тепловых характеристик твердого изолированного цилиндрического аккумулятора теплоты, показаны основные направления научно-технических работ в области аккумулирования теплоты. Представлена постановка и обобщенная методика численного решения задачи о распространении колебаний температуры от внутренней поверхности твердого изолированного цилиндрического аккумулятора теплоты. Проведены расчеты и анализ зависимостей средней массовой температуры, теплового потока, их амплитуд и фаз в зависимости от периода колебаний и относительного внутреннего радиуса. Даны определения аккумулятору и стабилизатору теплоты, коэффициенту аккумуляции теплоты. Проведено режимное исследование аккумуляторов теплоты и сделаны выводы об области их эффективной работы. Отмечены характерные особенности теплообмена в твердых изолированных цилиндрических аккумуляторах теплоты.
Бесплатно
Исследование теплообмена в контактном аппарате с пленочными форсунками
Статья научная
Предложена модель теплообмена между потоком газа и свободной пленкой жидкости, вытекающей из кольцевой щели. Аналитически получены основные параметры процесса: локальные температуры, толщина пограничного слоя. Результаты аналитического расчета согласуются с экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены комплексные экспериментальные исследования влияния изопропилового спирта в составе водоугольного топлива (ВУТ) на характеристики струи после распыления и время задержки зажигания капель суспензии. Распыление ВУТ с небольшими по массе добавками изопропилового спирта (от 3 до 8 %) проводились на специализированном стенде с помощью пневматической форсунки с внутренним смешением жидкости и распыляющего агента (воздух). Исследования времени задержки зажигания выполнены в терморегулируемой печи в широком диапазоне температур окислителя (от 600 до 1000 °С). Измерены реологические характеристики исследовавшихся топлив - вязкость, плотность и поверхностное натяжение. Определено, что замещение воды в составе ВУТ изопропиловым спиртом способствует повышению вязкости получаемого топлива, однако данный параметр остается в приемлемых пределах даже при максимальной исследовавшей концентрации третьего компонента. Установлено, что введение в состав водоугольного топлива на основе тощего угля изопропилового спирта приводит к увеличению угла раскрытия струи до 11 %. Это способствует равномерному распределению капель топлива по камере сгорания. В результате количество крупных капель (более 600 мкм) увеличивается незначительно - менее 2 % при концентрации спирта 8 % по массе. Время задержки зажигания при такой концентрации спирта сокращается в 2 раза по сравнению с двухкомпонентным ВУТ при температуре 1000 °С.
Бесплатно
Статья научная
В Ивановском государственном энергетическом университете (ИГЭУ) совместно с индустриальными партнерами разработаны комбинированные цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения (ЦТТН). Проведены многочисленные исследования и испытания ЦТТН, накоплен опыт применения ЦТТН для целей коммерческого учета электроэнергии. Однако некоторые области применения ЦТТН требуют дополнительных исследований, в частности, использования ЦТТН в качестве первичного датчика для релейной защиты от однофазных замыканий на землю. В статье представлена схема для экспериментального исследования комбинированного цифрового измерительного трансформатора тока и напряжения 6 (10) кВ в условиях дуговых перемежающихся однофазных замыканий на землю (ДПОЗЗ) с использованием физико-математического моделирования по методу «замкнутого цикла». На основе статистических данных разработана имитационная модель участка района электрических сетей (РЭС) 6 кВ в RSCAD RTDS для моделирования переходных процессов при ДПОЗЗ по известным теориям. В статье приведены результаты верификации модели с программным комплексом MATLAB Simulink и аналитическим решением. Приведены результаты экспериментальных исследований ЦТТН 6 (10) кВ в режимах ДПОЗЗ, в условиях, максимально приближенных к реальным электроустановкам. Сделаны выводы о применимости полученных моделей.
Бесплатно
Статья научная
Планирование режимов управления водохранилищами крупных ГЭС требует соблюдения ряда условий: получение прибыли за счет выработки электроэнергии; соблюдение условий безопасного функционирования гидротехнических сооружений; соблюдение условий экологически устойчивого существования водохранилища. В связи с тем, что режим рек подчинен географическим закономерностям и водность оказывается неодинаковой в течение года, возникает необходимость наиболее полного и безопасного использования объема стока многоводной фазы. Для многих рек большая часть объема годового стока приходится на период весеннего половодья, за это время возникает возможность выработки максимального объема электроэнергии и заполнения водохранилища до проектных отметок. При этом ключевым условием оптимальной работы ГЭС и водохранилища является наличие заблаговременных прогнозов объема притока приемлемой точности. В статье обосновываются расчетные схемы получения дополнительной прибыли за счет поддержания уровней воды рассматриваемого реального водохранилища на проектных отметках, за счет минимизации величин холостых сбросов, сокращения энергозатрат на работу насосов ГРЭС. В качестве расчетного инструмента разработаны функции ущербов и прибыли. Установлено, что при условии идеальных прогнозов (с нулевой погрешностью) доходы от выработки электроэнергии рассматриваемой ГЭС возрастут в 2 раза по сравнению с существующими доходами.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена изучению зависимости между электрическими характеристиками и микроструктурой варистора. Экспериментально были определены вольт-амперные характеристики варисторов десяти производителей, представленных на территории РФ. Для сравнения параметров образцов рассмотрены зависимости «напряженность электрического поля - проводимость» (E-σ), определены коэффициенты нелинейности. Исследована микроструктура металлооксидных варисторов и их химический состав. В результате статистической обработки данных сделан вывод, что размер зерна ZnO значимо влияет на напряженность поля в начале зоны проводимости. Полученные результаты предназначены для выбора варистора по способности рассеяния мощности импульсного воздействия.
Бесплатно
Исследование электродинамических сил, действующих на дуги в трёхфазной дуговой сталеплавильной печи
Статья научная
Приведён принцип расчёта электродинамических сил, действующих на электрические дуги в трёхфазной ДСП, с построением графического изображения этих сил. Дано объяснение экстремальному характеру зависимости потребляемой из сети активной мощности от тока. Доказано, что образование мениска под дугой наблюдается только при токах, соответствующих нисходящей ветви зависимости мощности дуги от тока. Визуализация дуги позволяет выбрать оптимальную рабочую точку для любого периода плавки.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы является исследование и анализ взаимного влияния источника электроэнергии и главного электропривода буровой установки при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости. Приведены результаты исследования взаимного влияния источника и потребителей электроэнергии буровой установки в различных режимах работы главного электропривода при сооружении геологоразведочной скважины. Исследования проводились методом математического моделирования в программной среде MATLAB/ Simulink. Модели были составлены для двух систем электроснабжения - дизель-генератора и трансформатора и для двух систем электропривода - нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя. Данные модели позволяют исследовать качество электроэнергии при различных режимах работы электропривода. Выполненные исследования позволили получить зависимости от времени, параметров сети, нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя при его пуске. Сравнение полученных зависимостей показало, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет уменьшить в среднем пусковой ток электродвигателя на 80 % и отклонение напряжения сети на 60 %. Сравнение максимальных значений активных и полных мощностей при пуске нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя показало, что применение преобразователя частоты позволяет выбрать дизель-генератор по мощности в 1,5 раза меньше, чем в случае нерегулируемого электропривода. Это позволяет более полно использовать дизель по мощности и тем самым сократить расход топлива при сооружении скважины. Показано, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и главного привода буровой установки при их совместной работе и уменьшить затраты на энергообеспечение.
Бесплатно
Статья научная
В работе проводится исследование энергетических показателей вентильных двигателей (ВД) на основе синхронного двигателя постоянного тока (СДПМ) с дискретной коммутацией обмотки при наличии высших гармоник в ЭДС вращения. Приведён перечень наиболее распространённых способов дискретной коммутации, составлена упрощенная математическая модель для расчёта токов и момента двигателя при наличии высших гармоник в ЭДС, проведён расчёт электромагнитного КПД и пульсаций момента. Показано, что шеститактная 180-градусная коммутация оказывается наиболее чувствительной к содержанию высших гармоник как с точки зрения энергетических показателей, так и с точки зрения пульсаций момента в приводе. Увеличение их содержания чаще всего ведёт к ухудшению указанных выходных параметров. Шеститактная 120-градусная коммутация, с точки зрения электромагнитного КПД, нечувствительна к содержанию третьей гармоники в фазной ЭДС, а вторая гармоника способствует увеличению электромагнитного КПД двигателя. Двенадцатитактная коммутация по сравнению с шеститактной оказывается менее чувствительной к содержанию высших гармоник в ЭДС. Хотя и здесь наличие второй гармоники способствует повышению КПД и увеличению пульсаций момента.
Бесплатно
Исследование энергетических параметров пятифазного вентильного двигателя при полной коммутации
Статья научная
Проводится анализ влияния индуктивности обмотки якоря электромеханического преобразователя на энергетические параметры пятифазного вентильного двигателя при полной коммутации.
Бесплатно
Статья научная
В работе приводятся результаты исследования энергетических показателей в разных участках систем электроснабжения с известным механическим регулятором напряжения типа переключение без возбуж-дения и новым регулятором напряжения типа двухподдиапазонный реакторно-тиристорный управляемый регу-лятор напряжения при снижении напряжения питающей сети и повышении тока активно-индуктивной нагрузки. Данные исследования проводились в среде MATLAB на разработанной блочно-модульной имитационной модели трансформаторной подстанции системы электроснабжения мощностью 1 МВ∙А и напряжением 6/0,4 кВ при активно-индуктивном характере нагрузки с углом фазового сдвига тока нагрузки φ = 45 град. Результаты исследования энергетических показателей в разных участках системы электроснабжения показали, что известный регулятор напряжения не имеет способности сохранения уровня напряжения у потребителей на заданном значении, изменение которого в сторону уменьшения приводит не только к комплексному снижению энергетических показателей электроустановки, но и к ухудшению качества выпускаемой продукции и сокращению срока службы электрооборудования. Полученные результаты численных экспериментов, прове-денных при помощи предлагаемого двухподдиапазонного реакторно-тиристорного управляемого регулятора напряжения, подтверждают, что предлагаемое устройство благодаря расширению его функциональных воз-можностей, несмотря на внешние и внутренние изменения электрических параметров, повышает энергетические показатели во всех участках системы электроснабжения, в результате чего в том числе устраняются проблемы по возникновению дополнительных потерь электроэнергии. Приводится также интегральная характеристика стабилизации напряжения у потребителей с существующим и предлагаемым регулятором напряжения. Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого двухподдиапазонного реакторно-тиристорного управляемого регулятора напряжения являются трансформаторные подстанции напряжением 35/(6, 10)/0,4 кВ, где требуется плавное и точное регулирование напряжения с высокими технико-экономическими показателями.
Бесплатно
