Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Охлаждение горячего газа твёрдыми охладителями
Статья научная
Представлен метод расчёта процессов тепло- и массообмена в газогенераторе с твёрдым охладителем для производства охлаждённого газа
Бесплатно
Статья научная
Основным способом регулирования напряжения и реактивной мощности электростанций является изменение тока возбуждения их синхронных генераторов (СГ). При этом требуются сложные системы возбуждения, способные обеспечить необходимую глубину регулирования. Кроме того, быстродействие такого регулирования сдерживается большой постоянной времени контура возбуждения. Одним из альтернативных способов регулирования является применение энергоблоков, включающих синхронные генераторы с нерегулируемой системой возбуждения и объединенные регуляторы потоков мощности (ОРПМ). В программном комплексе MATLAB Simulink создана имитационная модель, с помощью которой проведен анализ быстродействия регулирования режимных параметров таких энергоблоков, проведено сравнение с регулированием тиристорными системами возбуждения. Также проведен опыт для реальных изменений величин напряжения при коротком замыкании в схеме соответствующей реальной. Показано, что энергоблоки «Синхронный генератор - ОРПМ» позволяют реализовать регулирование величины напряжения с высоким быстродействием, что позволяет существенно увеличить гибкость и адаптивность управления режимными параметрами в схемах выдачи мощности электростанций.
Бесплатно
Оценка влияния колебаний нагрузки на ресурс изоляции асинхронных двигателей
Статья научная
Актуальность исследований обусловлена необходимостью повышения надежности и снижения аварийности асинхронных электроприводов из-за выхода из строя обмотки статора. Целью исследований является разработка способа учета влияния изменений температуры обмотки при колебаниях нагрузки на термический ресурс изоляции. Исследования проводились с использованием 5-массовой термодинамической модели закрытого асинхронного двигателя, работающего в режиме случайного нагружения. Была использована кластеризация серии двигателей с последующим созданием обобщенной термодинамической модели для каждого кластера. При подборе параметров обобщенной модели использовался метод генетических алгоритмов. С помощью моделирования на основе обобщенных термодинамических моделей были получены выражения для приближенного учета влияния колебаний температуры обмотки на ускорение расхода термического ресурса изоляции. Предложен простой способ учета этого влияния на этапе выбора и проверки двигателя при конструировании электропривода.
Бесплатно
Статья научная
В качестве предмета исследований в работе рассмотрена вентильно-индукторная электрическая машина с неравномерным воздушным зазором. Основной задачей исследований является оценка влияния сил одностороннего магнитного притяжения на надежность подшипникового узла при различных вариантах расположения ротора. В данной статье учитывается взаимное влияние сил одностороннего магнитного притяжения и сил дисбаланса. Для расчета магнитного поля использован метод конечных элементов. Исследования проведены для вентильно-индукторной машины, в которой ось вращения совмещена с осью симметрии статора либо смещена вместе с осью симметрии ротора. Получены значения результирующей силы одностороннего магнитного притяжения, существенно превышающей допустимые значения. Предложен алгоритм расчета характеристик вентильно-индукторной электрической машины, который учитывает допуски на изготовление элементов ее конструкции. Алгоритм позволяет скорректировать требования к используемым подшипникам, обеспечить требуемый уровень надежности вентильно-индукторной электрической машины и прогнозировать уровень вибрации и шума.
Бесплатно
Статья научная
В связи с ужесточением требований к качеству электрической энергии актуальным становится оценка влияния различных факторов на основные показатели качества: отклонения напряжения и частоты сети. Одним из таких факторов являются статические характеристики различных нагрузок, которые при определенных режимах могут оказывать существенное влияние на параметры энергосистемы. В данной статье предлагается оценить влияние статических характеристик на уровень частоты сети при выходе ее на раздельную работу с энергосистемой и при различных изменениях установившегося режима, а также исследовать зависимость между коэффициентами регулирующего эффекта нагрузки и значением мощности короткого замыкания или длины питающего кабеля. Раздельная работа была взята в силу того, что в данном режиме влияние регулирующего эффекта мощной нагрузки на параметры режима становится более выраженным. Научная новизна работы состоит в составлении алгоритма, позволяющего производить уточнение отклонения частоты изолированной электроэнергетической системы с учетом и без учета СХН при изменении длины питающего кабеля в программном комплексе «КАТРАН». Основным результатом работы является выявленная практически прямая зависимость между влиянием статических характеристик нагрузки на частоту сети и удаленностью нагрузки с большой долей синхронных двигателей от источника питания при автономно работающей электроэнергетической системе. Также была оценена целесообразность учета регулирующего эффекта нагрузки при расчете электрических режимов в зависимости от рода нагрузки и расчетного значения мощности короткого замыкания.
Бесплатно
Краткое сообщение
В статье рассматриваются вопросы организации рабочего процесса вихревого газогенератора, использующего угольную крошку, и дана оценка влияния на процесс аэродинамики камеры и теплофизических характеристик рабочего тела.
Бесплатно
Оценка границ технико-экономической эффективности применения тепловых насосов
Статья научная
Представлена методика определения технико-экономической эффективности тепловых насосов парокомпрессионного и абсорбционного типов в сравнении с электрокотлами и топливными котельными.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты сопоставительного анализа качества передачи гармонического сигнала в двухтактных многозонных развертывающих преобразователях (МРП) с различными законами модуляции. Рассматриваются МРП с широтно-импульсной модуляцией и с частотно-широтно-импульсной модуляцией. Приведены структурные схемы, временные диаграммы сигналов преобразователей при гармоническом входном воздействии, основные расчетные соотношения, а также характеристики, полученные в результате моделирования в среде Matlab+Simulink.Результаты исследований могут представлять интерес для специалистов в области силовой и информационной электроники, электропривода и автоматизации технологических процессов.
Бесплатно
Оценка качества регулирования уровня жидкости в системах теплоснабжения
Статья научная
Рассматривается задача структурно-параметрического синтеза системы автоматического регулирования уровня жидкости. Приводится структура и параметры настройки квазиоптимального регулятора. Анализируются устойчивость системы и качество переходных процессов в ней.
Бесплатно
Статья научная
При реакторном пуске асинхронных электроприводов время переключения на сеть является единственным регулируемым параметром. При переключении на сеть в конце пускового режима возрастают тепловые потери в двигателе, при ранних переключениях - возникают значительные по величине ударные электромагнитные моменты. Обоснованный выбор времени переключения требует детального анализа электромагнитных процессов в двигателе. В работе приводятся результаты теоретических исследований, позволяющих осуществить выбор времени переключения, при котором минимизируется негативное влияние колебательной составляющей момента и повышенного тепловыделения при пуске. Введены универсальные критерии оценки колебательности переходного момента двигателя на основе интегрального параметра - среднеквадратичного значения колебательной составляющей электромагнитного момента за время пуска двигателя.
Бесплатно
Оценка концентрации оксидов азота на выходе из камеры сгорания модельной газовой турбины
Статья научная
В настоящей работе был применен новый метод оценки концентраций оксидов азота при горении синтез-газа в камере сгорания газовой турбины. Метод позволил связать полный детальный механизм массива параллельных реакций Grimech 3.0 с уравнениями компьютерной гидродинамики (уравнения движения, тепломассообмена, турбулентности и молекулярной диффузии для потока идеального газа). Представлены диаграммы селективности процесса образования оксидов азота по константам скоростей реакций, включающего одиннадцать ключевых реакций, для бедной и богатой топливом смесей. Проведены верификационные расчеты на модельной камере сгорания газовой турбины в интервале значений коэффициента избытка топлива 0,5-2. Новая методика была применена при определении выбросов оксида азота и максимальной температуры стенки пламенной трубы промышленной камеры сгорания. Наилучшие результаты по выбросам оксидов азота показал состав газа GE. Самыми проблемными газами являются синтез газа Polk Power и Texaco (кислородный процесс). При сжигании низкокалорийных газов в зоне подсоса первичного воздуха наблюдается зона рециркуляции, за счет высокого теплонапряжения в этой области максимальная температура стенки составляет около 500 °С.
Бесплатно
Оценка надежности работы сигнализаторов напряжения
Статья научная
Представлены анализ и оценка надежности сигнализаторов напряжения «ИВА-Н» (СН), разработанных и произведенных Научно-производственным центром «Электробезопасность» Вятского государственного университета. Исследование включает в себя изучение динамики роста показателей надежности СН за последние годы, анализ усовершенствований конструкции и методов расчета надежности, а также определение средней наработки до отказа и других ключевых параметров, влияющих на надежность и долговечность этих устройств. Метод исследования надежности СН включал сбор данных об устройствах, расчет показателей надежности и анализ полученных результатов. Исследования надёжности сигнализаторов напряжения позволили создать систему для устранения недостатков, выявленных в процессе эксплуатации. Методика расчёта показателей надёжности количественно оценила изменения конструкции СН. За более чем 20 лет совершенствования показатели надёжности увеличились более чем в 3 раза, а срок службы при вероятности того, что устройство не достигнет предельного состояния с доверительной вероятностью γ = 95 %, составил более 6 лет. Эту методику успешно применили и к другим приборам. Улучшение показателей надёжности создаёт условия для безопасного обслуживания электроустановок и сохранения жизни и здоровья персонала.
Бесплатно
Оценка охлаждающей способности гибридной градирни с оребренным трубчатым радиатором
Статья научная
Градирни являются важным компонентом систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий. При сравнении различных типов охлаждения испарительное является наиболее эффективным, однако из-за имеющихся недостатков были проведены исследования по их оптимизации. Гибридные системы охлаждения являются наиболее практичными и эффективными способами предотвращения образования большого парового факела, добавления избыточного количества подпиточной воды. В дополнение к этому гибридные градирни обеспечивают дополнительные преимущества по сравнению с другими обычными градирнями с точки зрения эффективности протекания процесса, а также экономии использования химических реагентов при техническом обслуживании. Авторами предложена конструкция гибридной градирни с оребренным трубчатым радиатором. Для прогнозирования тепло- и массообмена в гибридной градирне была собрана экспериментальная установка, определен тепловой КПД в испарительной части градирни, проанализирована охлаждаюшая способность наклонно-гофрированных контактных элементов с оребренным трубчатым радиатором. При увеличении плотности орошения охлаждающей жидкости наблюдается, как правило, незначительное снижение тепловой эффективности в результате сопротивления, оказываемого потоку воздуха в пространстве гофрированных элементов. Исследования показали, что наиболее высокая охлаждающая способность наклонно-гофрированных контактных элементов наблюдается при невысоких массовых плотностях орошения и может достигать 35 % без существенного капельного уноса.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются особенности источников электромагнитных полей, нормируемые показатели предельно допустимых уровней напряженностей, воздействие которых создает риск вредного воздействия на организм человека. Оцениваются результаты измерения параметров напряженностей электромагнитных полей на рабочих местах электротехнического персонала. Показаны существенные особенности распространения электромагнитных полей. На основе анализа экспериментальных данных предлагаются пути совершенствования нормирования электромагнитных полей для электротехнического персонала тягового электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Авторами выполнены схемно-параметрические оптимизационные исследования перспективной теплофикационной ПТУ, имеющей в своем составе паровую противодавленческую турбину и паровой котел, работающий на природном газе, с возможностью утилизации теплоты дымовых газов. С помощью математической модели теплофикационной ПТУ проведены исследования влияния внутреннего относительного КПД отсеков паровой турбины на ее основные показатели режимов работы и конструктивные характеристики теплообменного оборудования установки. Создание математической модели рассматриваемой установки и проведение схемно-параметрических оптимизационных расчетов осуществлялось с помощью разработанного в отделе Теплосиловых систем Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук программно-вычислительного комплекса «Система машинного построения программ». Критерием оптимизации была выбрана цена электроэнергии, отпускаемой ПТУ при заданных ценах отпускаемого тепла и топлива с учетом внутренней нормы возврата капиталовложений. Результаты схемно-параметрических оптимизационных расчетов показали, что цена электрической энергии, отпускаемой теплофикационной ПТУ, практически линейно зависит от внутреннего относительного КПД отсеков турбины и при его изменении от 0,82 до 0,9 цена электрической энергии уменьшается на 0,03 цент/кВт. С учетом объема отпускаемой установкой электрической энергии экономический эффект от роста КПД может составить до 98,79 тыс. долл./год. Методический подход, примененный в данной работе, позволяет оценить целесообразность затрат для повышения внутреннего относительного КПД отсеков паровой турбины и может быть полезным как при рассмотрении вариантов проектирования, так и в процессе эксплуатации теплоэнергетических установок. Результаты оценки влияния внутреннего относительного КПД отсеков турбины на основные показатели режимов работы и конструктивные характеристики установки помогут определить уровень надежности и эффективности ее эксплуатации.
Бесплатно
Оценка потерь электроэнергии на корону по данным телеметрии
Статья научная
Рассмотрены вопросы определения потерь электроэнергии с учетом короны в темпе процесса, проведена оценка погрешностей, для ЛЭП-500 определены зависимости потерь мощности от напряжения для разных нагрузок и погодных условий.
Бесплатно
Оценка профессионального риска по фактору «электрическое поле промышленной частоты»
Статья научная
В статье приведены результаты расчета величины профессионального риска по фактору «электрическое поле промышленной частоты» для персонала Центрального (ранее Ханты-Мансийского) предприятия магистральных электрических сетей. Расчет выполнен на основе логико-вероятностной модели вероятности повреждения здоровья работников. Вероятности некоторых событий логико-вероятностной модели были определены на основе данных, полученных в результате экспериментального исследования распределения напряженности электрического поля на открытых распределительных устройствах подстанций напряжением 500 кВ, указанного предприятия. Для учета вреда, наносимого пребыванием в зонах различной напряженности электрического поля, были использованы специальные коэффициенты, определенные на основе кривой предельно допустимого времени нахождения в электрическом поле промышленной частоты. Сделаны выводы о факторах, определяющих величину профессионального риска для персонала, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения.
Бесплатно
Статья научная
Технологии хранения тепловой энергии могут улучшить стабильность производства и потребления традиционной и возобновляемой энергии. В статье представлена конструкция теплового накопителя энергии, который предлагается к интеграции в систему распределенной энергетики в качестве инструмента для регулирования перепадов в производстве и потреблении электроэнергии. Описаны принцип его работы и область применения. Целью работы является исследование процесса переноса энергии в тепловом накопителе при его разрядке. Разработана методика оценки разрядки теплового накопителя энергии с высокотемпературным рабочим телом. Представленный алгоритм расчета позволит вычислить геометрические размеры накопителя энергии и время его разрядки. Оценка разрядки теплового накопителя реализуется путем расчета и сравнения между собой нескольких стационарных режимов работы теплового накопителя, характеризующихся различной температурой теплоаккумулятора, которая для каждого последующего режима понижается с заданным шагом 100 °C. Анализ результатов показал, что при высоких температурах доминирующим механизмом передачи тепла является радиационное излучение, доля которого постепенно уменьшается с уменьшением температуры теплоизоляционных слоев. С понижением температуры увеличивается доля конвективных потерь, оцениваемых через эквивалентный коэффициент теплопроводности. Получены экспоненциальные выражения для описания уменьшения температуры наружной стенки и доли остаточного заряда теплового накопителя энергии от времени его эксплуатации. Сравнение различных стационарных режимов позволило оценочно установить, что за 72 ч тепловой накопитель энергии разряжается до 26,7 % (температура теплоаккумулятора падает от 2000 до 700 °C).
Бесплатно
Оценка ресурса изоляции обмотки статора асинхронного двигателя при работе в циклических режимах
Статья научная
Надежность изоляции электрической машины в значительной степени определяет ее общую надежность. Это вызывает необходимость разработки более точных методов оценки теплового состояния машины, чем косвенные методы, в большинстве случаев используемые на практике. В работе получены выражения, позволяющие проводить сравнение различных режимов работы электродвигателей по условию равного термического износа изоляции. Приведены результаты расчета изменения остаточного теплового ресурса изоляции статорной обмотки асинхронных двигателей при работе в режимах S3 и S6 с различной продолжительностью цикла.
Бесплатно
Статья научная
Определены резервы энергосбережения при частотном регулировании производительности дутьевого вентилятора с двухскоростным асинхронным двигателем водогрейного котла КВГМ-100. Предложен способ регулирования производительности тягодутьевых механизмов путем переключения преобразователя частоты с обмотки высокой скорости на обмотку низкой скорости и дроссельного регулирования в диапазонах скоростей, близких к номинальным значениям скоростей на этих обмотках. Представлена схема устройства, обеспечивающего реализацию способа. Построены естественные и искусственные характеристики дутьевого вентилятора и магистрали при работе двигателя на обмотке высокой скорости при дроссельном и частотном регулировании. Выполнен сравнительный анализ потерь мощности, установлено, что применение частотного регулирования обеспечивает ресурс энергосбережения до 42 % по сравнению с дроссельным регулированием. Выполнен сравнительный анализ энергопотребления при реализации предложенного способа при условии одинаковой продолжительности работы на обмотках высокой и низкой скоростей. В результате показано расчетное снижение энергопотребления от 22 до 35 % в зависимости от сочетания способов регулирования производительности. Доказано, что при частотном регулировании на обмотке низкой скорости не происходит снижения эквивалентного к.п.д. и соответственно увеличения потребляемой мощности дутьевого вентилятора. Отмечено, что технико-экономический эффект обеспечивается за счет ресурсосбережения и повышения надежности тягодутьевых механизмов при сохранении показателей энергопотребления. Даны рекомендации по применению выполненных разработок.
Бесплатно
