Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Повышение эффективности и надежности работы котлов электростанций
Статья научная
Приводятся данные о расчетных значениях повышения эффективности и надежности котельного оборудования тепловой электрической станции за счет монтажа дополнительных теплообменников в газовоздушном тракте котла. В новых теплообменниках происходит уменьшение температуры дымовых газов за счет нагрева воздуха, направляемого в воздухоподогреватели котла. Охлаждение дымовых газов котлов происходит до минимально возможной температуры по условиям безопасной эксплуатации железобетонных и кирпичных дымовых труб электростанции. При изменении режима работы котла обеспечивается постоянное значение температуры дымовых газов после новых теплообменников. Нагрев воздуха происходит до температур выше, чем температура конденсации водяных паров в дымовых газах. Разработаны необходимые изменения в существующую принципиальную схему газовоздушного тракта котла типа ПК-41. Выбрано оптимальное место установки дополнительных теплообменников. Определены размеры вновь монтируемых теплообменников. Приведены данные о повышении КПД котла и экономии топлива при различных режимах работы.
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассмотрен новый подход к управлению индивидуальным тепловым пунктом здания, подключенного по независимой схеме к системе централизованного теплоснабжения. Выполнено моделирование работы теплового пункта и показана энергетическая эффективность предлагаемого решения, снижающая общий расход топлива.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты численного и экспериментального исследований аппарата воздушного охлаждения масла газотурбинной установки. Экспериментальное исследование проведено в условиях эксплуатации на газокомпрессорной станции магистрального газопровода. Численное моделирование проведено методом конечных элементов в программе STAR-CCM+. В качестве объекта исследования выбран теплообменник венгерского производства, охлаждающий масло газоперекачивающих агрегатов на базе газотурбинной установки ГТН-16. Цель исследования - оценить количество теплоты, переданное в маслоохладителе до и после модернизации его воздушного такта. Модернизация заключалась в установке выравнивающего устройства, равномерно распределяющего поток воздуха перед трубным пучком. Проектирование и оптимизация конструкции направляющего устройства были проведены при помощи верифицированной численной конечно-элементной модели. Приведено описание принципа работы и конструкции аппарата, указаны недостатки конструкции, послужившие причиной для данного исследования. Описаны схема и методика проведения натурных испытаний. В качестве результатов исследования приведены примеры полей скоростей потока воздуха на входе в теплообменную секцию до и после модернизации. Показано повышение удельного теплосъема секции маслоохладителя после выравнивания поля скоростей воздуха.
Бесплатно
Статья научная
Жидкостно-газовые эжекторы широко применяются в системах вакуумирования конденсаторов паровых турбин энергоблоков ГРЭС в России и странах СНГ. Столь широкое распространение этих струйных аппаратов обусловлено простотой конструкции, в силу чего они технологичны и дешевы в изготовлении, а при эксплуатации практически не требуют существенного обслуживания. Однако разработка и внедрение жидкостно-газовых эжекторов сопряжены с необходимостью оптимизации схем использования, проведения комплексных расчетов геометрических и режимных параметров эжектора и системы вакуумирования для исходных данных каждого конкретного проекта. Кроме того, для эжекторов, работающих непрерывно и с большим потреблением активной воды, энергоэффективность является одним из ключевых требований при проектировании. В данной статье предлагается комплекс технических мероприятий, позволяющий снизить затрачиваемую мощность на вакуумирование парового пространства паровой турбины. Предлагаемый комплекс мероприятий включает: применение двухступенчатой установки с жидкостно-газовым эжектором первой ступени и эжектором второй ступени, в котором активной средой является вода, а пассивной - жидкостно-газовая смесь; внедрение усовершенствованной гидравлической принципиальной схемы питания установки одним насосом; расчет оптимального давления на выходе первой ступени, соответствующего максимальному КПД установки. Для расчета оптимального давления на входе второй ступени получено уравнение зависимости потребляемой мощности двухступенчатой установки вакуумирования от давления всасывания второй ступени. Показано, что полученная зависимость имеет экстремум, которому соответствует значение давления всасывания второй ступени, обеспечивающее минимальную потребляемую мощность.
Бесплатно
Повышение эффективности работы теплообменных аппаратов с внутритрубными отложениями
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния накипеобразования на эффективность работы теплообменных аппаратов применительно к конденсаторам паровых турбин, пароводяным подогревателям и бойлерам котельных установок. Цель исследования состояла в получении рекомендаций по повышению эффективности конденсаторов паротурбинных установок (ПТУ), для чего изучались химико-физические свойства слоя неорганических отложений и их структуры; были получены зависимости для расчета термического сопротивления слоя отложений на поверхностях гладких и профилированных труб; проводился анализ разнообразных способов очистки поверхностей и были разработаны рекомендации по периодичности чистки конденсаторов. Описаны результаты физико-химического анализа неорганических солеотложений. Термическое сопротивление отложений определялось по толщине слоя накипи и ее коэффициенту теплопроводности. Толщина слоя измерялась на шлифах микроскопом и профилографом-профилометром. Получена зависимость, устанавливающая взаимосвязь между интенсивностью солеотложений и основными определяющими процесс факторами: скоростью воды, ее средней температурой и жесткостью, геометрией канала, продолжительностью работы; на ее основе возможно прогнозирование снижения тепловой нагрузки теплообменника в эксплуатации. Получена зависимость влияния температуры теплоносителя и пористости накипи на теплопроводность. Показано, что в профилированных трубках интенсивность солеотложений ниже, чем в гладких. С уменьшением относительной глубины и шага накатки наблюдается рост неорганических отложений. Высота выступов накатки оказывает большее влияние, чем шаг между ними. Разработаны рекомендации к расчету относительной загрязняемости гладких и винтообразно профилированных трубок. Применение профилированных трубок вместо гладких в энергетических установках является эффективным средством повышения экономичности энергооборудования. Рассмотрены различные способы очистки поверхностей. Предложена методика оптимизации и выполнено технико-экономическое обоснование периодичности чисток теплообменных аппаратов. Для различного календарного времени начала эксплуатации теплообменника получены рациональные сроки проведения чисток.
Бесплатно
Повышение эффективности сжигания твердого топлива на котлах БКЗ-220 и БКЗ-160
Статья научная
Представлены мероприятия по повышению эффективности пылеугольного факельного сжигания на котлах ТЭЦ (г. Бишкек), в частности, по повышению устойчивости горения частиц угольной пыли и водоугольной суспензии в зоне активного горения и по снижению выхода оксидов азота за счет применения суспензионного факельного сжигания.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена усовершенствованная система автоматического управления перемещением электродов для электродуговых печей (дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь), обеспечивающая улучшение динамических показателей качества регулирования импеданса вторичного электрического контура за счет использования новой структуры нелинейного адаптивного регулятора импеданса. Благодаря применению усовершенствованной системы управления обеспечивается стабилизация процесса расплавления металлошихты в дуговых сталеплавильных печах, а также процесса нагрева жидкой стали в установках ковш-печь при интенсивных донных продувках, что позволяет достичь технического эффекта по снижению времени работы под током и уменьшению удельного расхода электроэнергии электросталеплавильных агрегатов. Нелинейный адаптивный регулятор импеданса осуществляет полную линеаризацию контуров регулирования, включающих в себя пропорциональный гидрораспределитель (сервоклапан) с нелинейной регулировочной характеристикой и вторичный электрический контур с нелинейной зависимостью импеданса от длины дуги. При проведении исследований использована комплексная математическая модель электрического контура электродуговой печи, гидроприводов перемещения электродов и системы автоматического управления перемещением электродов, реализованная в математическом пакете MATLAB Simulink. Оценка эффективности усовершенствованной системы управления в условиях действующего металлургического производства была выполнена на примере системы управления «РАДУГА НПА ПК», являющейся разработкой специалистов ФГБОУ ВО «МГТУ им. Носова» и функционирующей на установке ковш-печь в электросталеплавильном цехе ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Разработанная усовершенствованная система управления может использоваться на других современных электродуговых печах различной мощности, функционирующих на металлургических предприятиях России и зарубежья.
Бесплатно
Повышение эффективности эксплуатации воздушных линий электропередачи с резервной фазой
Статья научная
Рассмотрено разработанное авторами устройство резервирования линии электропередачи, основанное на схемно-техническом решении по замене традиционной двухцепной линии электропередачи одноцепной с резервной фазой. Схемно-техническое решение представляет собой расщепление резервной фазы на три составляющих токопровода, которые, в нормальном режиме работы, присоединяются к фазам рабочей цепи воздушной линии параллельно, обеспечивая при этом симметрию сопротивлений и напряжений по фазам. Так как наибольшая доля отказов воздушных линий - это однофазные повреждения на рабочей цепи, составляющие расщепленной четвертой фазы, объединяются коммутирующими выключателями и автоматически присоединяются к рабочей цепи взамен поврежденной. При этом повышается эксплуатационная надежность работы схемы, улучшается ремонтопригодность воздушной линии электропередачи и увеличивается ее пропускная способность.
Бесплатно
Погрешность цифрового вольтметра переменного тока, обусловленная квантованием по уровню
Статья научная
При проектировании цифрового вольтметра переменного тока необходимо, исходя из поставленных в тоническом задании параметров прибора, определить оптимальную конфигурацию используемой электроники, позволяющей достичь требуемых характеристик. Одной из таких характеристик является точность. Помимо шумов и наводок извне аппаратная методическая погрешность является базой, которая определяет максимально доступную точность измерения. Задача, решаемая в статье, состоит в выборе минимально допустимой разрядности квантования по уровню, при учете того, что известен диапазон измерения и предполагаемый класс точности. В статье получена и апробирована модель методической погрешности квантования по уровню и получены результаты для учета квантования по времени цифрового вольтметра переменного тока. Найдена зависимость погрешности от отношения минимальной измеряемой амплитуды сигнала к шагу квантования АЦП. Получены аналитические модели погрешности квантования по уровню, приведенные к выходу цифрового вольтметра, для идеального фильтра низких частот. Найденные выражения позволяют определить минимально допустимый шаг квантования АЦП или ЦАП для известного допустимого уровня погрешности и минимальной амплитуды входного сигнала, без учета квантования по времени и шума в измеряемом сигнале, при условии использования метода измерения напряжения путём его дискретизации по времени и уровню посредством АЦП.
Бесплатно
Статья научная
По сравнению с водогрейными и барабанными паровыми котлами для бесперебойной работы прямоточных паровых котлов змеевикового типа требуется улучшенное качество питательной воды, чего трудно добиться с помощью обычных фильтров. Риск образования отложений на поверхности змеевика из-за плохого качества исходной жидкости вынуждает подбирать наилучший метод химической очистки воды с учётом реальных условий эксплуатации передвижной парогенераторной установки. Рассмотрение наиболее распространённых методов химической очистки воды и моделирование течения теплоносителя по змеевиковым трубам помогает определиться с составляющими установки для химической подготовки питательной воды. В статье представлены результаты расчётов фильтров различных типов для очистки воды, которые предназначены для обеспечения нормативных химических показателей теплоносителя, и результаты моделирования коаксиального змеевика при движении химически очищенной и исходной воды. Предложен оптимальный вариант химической очистки питательной воды, а также обоснование выбранного варианта.
Бесплатно
Подшипниковые токи приводных машин в электроприводах с полупроводниковыми преобразователями
Статья научная
Частой проблемой электроприводов с полупроводниковыми преобразователями является ускоренный износ подшипниковых узлов приводного электродвигателя. Такие повреждения вызваны образованием в приводном электродвигателе подшипниковых токов, которое могут оказывать непрерывное или постоянное воздействие на подшипниковые узлы. В данной работе проанализированы причины возникновения подшипниковых токов в приводных машинах современных электроприводов. Выделены и описаны основные виды подшипниковых токов, даны их характеристики. Описан основной негативный эффект и последствия длительного и кратковременного воздействия подшипниковых токов. Приведены основные способы измерения и контроля подшипниковых токов. Описаны способы борьбы с подшипниковыми токами, проанализирована их эффективность, даны рекомендации по их использованию в современных электроприводах. Приведены основные международные нормативные документы, регламентирующие допустимые значения подшипниковых токов и способы борьбы с ними. Даны рекомендации по развитию отечественной нормативной базы по подшипниковым токам. Дальнейшие исследования подшипниковых токов приводных электродвигателей с полупроводниковыми преобразователями частоты будут заключаться в построении математических моделей процессов их возникновения с учетом режимов работы автономного инвертора, электродвигателя и заземления, их анализе путем имитационного моделирования и разработке алгоритмических способов их устранения.
Бесплатно
Поиск однотипных графиков нагрузки энергообъекта
Статья научная
Одной из важнейших потребностей при планировании и анализе режимов работы энергосистемы является прогнозирование величин и графиков нагрузок. В настоящей статье предложен алгоритм поиска однотипных графиков нагрузки на основе методов интеллектуального анализа данных. В качестве исходных данных служат усреднённые получасовые графики потребления активной и реактивной мощности. Предлагаемый алгоритм в первую очередь нацелен на предварительную обработку и группировку данных измерений при решении задачи идентификации статических характеристик нагрузки по напряжению, но также возможно выполнение исследований в области поиска типовых графиков нагрузки для выполнения проектных и перспективных расчётов. Результатом обработки данных будет массив меток принадлежности суточного графика к той или иной группе. В основе предлагаемого алгоритма лежит метод k-средних. Алгоритм апробирован на реальных данных, собранных с подстанции, питающей сборочный завод. В том случае, если в качестве исходных данных служит выборка графиков нагрузки за несколько лет, то можно поставить задачу прогнозирования конфигурации графика нагрузки. Исходными данными для решения этой задачи будет служить упорядоченный во времени массив меток принадлежности суточного графика нагрузки к тому или иному типу.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы получения данных для обучения систем технического зрения, способных выявлять сферические воздушные включения в стеклянных деталях подвесных изоляторов марки ПС-70Е. Данные представлены для воздушных пузырей диаметрами 1 и 2 мм в головке стеклянной детали. Расчет электрического поля при работе изолятора в наихудших условиях эксплуатации позволил выявить области размещения дефектов с нарушением электрической прочности. Для определения наличия дефектов по одному изображению была создана трехмерная модель трассировки лучей, в которой подсветка стеклянной детали осуществляется ортогонально снизу, а съемка производится со стороны головки. На основе моделирования выявлены области расположения воздушных включений диаметрами 1 и 2 мм, в которых дефекты не различимы. Установлено, что имеются области расположения дефектов, в которых наблюдается нарушение электрической прочности, но которые не удается выявить при применяемых условиях съемки. Доля областей при изученных условиях, одновременно относящихся к двум названным категориям, составляет суммарно 6,7 и 2,5 % для пузырей с диаметрами 1 и 2 мм соответственно. Имеются области расположения пузырей, для которых наблюдается значительное искажение фигур дефектов при описанных условиях (22,4 и 20,0 % для пузырей 1 и 2 мм соответственно).
Бесплатно
Статья научная
Стабильная работа энергосистемы является одним из основных вопросов, рассматриваемых в электроэнергетике. Современные уровни потребления ведут к необходимости постоянно наращивать генерируемые мощности, многократно преобразуя и усложняя исходную схему. В дополнение к этому, учитывая текущий тренд на развитие цифровой энергетики и внедрение возобновляемых источников энергии, добавляется все больше неопределенностей, которые сложно предопределить стандартными методами регулирования. События в энергосистеме являются детерминированными, т. е. случайными. Это приводит к тому, что сложно в полной мере оценить устойчивость энергосистемы, уровни напряжений в узлах, токов в ветвях или возможные потери мощности. Нахождение законов распределения вероятностных характеристик способно предоставить понимание всех возможных состояний, в которых может существовать объект. Проблема их получения заключается в сложности учета всех взаимосвязей между случайными аргументами исходных данных. Данные законы необходимы для дальнейшего определения оптимальных режимов работы ЭЭС, возможности решения задачи определения оптимальных мест установки и требуемого объема возобновляемой генерируемой энергии недетерминированным способом. Цель данной статьи заключается в апробировании разрабатываемого метода получения полных вероятностных характеристик СГИД. Данный метод в отличие от методов семейства Монте-Карло не использует случайную выборку исходных аргументов, а полностью покрывает исследуемую функциональную зависимость. Поставленная задача была решена с использованием положений теории вероятностей и математической статистики, в энергетике в частности, численных методов оптимизации. Также использовался пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB Matpower.
Бесплатно
Помехоустойчивость фазосдвигающих устройств с различным принципом построения
Статья научная
Рассматриваются принципы построения фазосдвигающих устройств (ФСУ) различных классов, применяемых в системах импульсно-фазового управления вентильными преобразователями. Приведены структурные схемы ФСУ, временные диаграммы их работы, а также сравнительный анализ их помехоустойчивости при воздействии гармонической помехи в широком частотном диапазоне на информационный вход устройства. Результаты получены на основе математического моделирования в среде MatLab v6.5 + Simulink v5.0.
Бесплатно
Построение карты напряженности электрического поля с учетом рельефа местности и температуры воздуха
Статья научная
С целью увеличения передаваемой по электрическим сетям мощности в республике Таджикистан в 2009 году была построена самая протяженная линия электропередачи 500 кВ длиной более 350 км. Большинство из всех построенных ВЛЭП 500 кВ проходят по горной местности, включая территории населенных пунктов, и создают угрозу для здоровья трудящихся и проживающих там людей. Для разработки мер по защите здоровья населения и обслуживающего персонала используются карты распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП СВН. Современные методики составления подобных карт не могут быть использованы применительно к условиям Таджикистана, так как они не учитывают влияния на результирующее значение напряженности ЭП ПЧ рельефа местности и большого перепада температуры воздуха в течение года. В связи с этим была поставлена задача разработки методики построения карт распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП с одновременным учетом орографии местности и температуры воздуха. Расчет предлагается проводить на основе метода конечных элементов в инженерном пакете Ansys на суперкомпьютере.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается новая унифицированная конструкция трансформаторно-транзисторного модуля, выполненного по минимальной структуре на одном силовом транзисторе, размещённом в общей для всех фаз трансформатора цепи, позволяющая минимизировать количество силовых полупроводниковых ключей. Данный унифицированный модуль относится к преобразовательной технике, получающей применение в регулируемых электроприводах переменного тока для реализации плавного амплитудного пуска, торможения противовключением, а также осуществления режима позиционирования асинхронных двигателей. Построение ряда асинхронных электроприводов на основе унифицированного трансформаторно-транзисторного модуля позволяет удовлетворить требования энергосбережения, предъявляемые к асинхронным электроприводам при их эксплуатации. Показываются пути уменьшения массо-габаритных показателей вольтодобавочного трансформатора, являющегося конструктивной основой предлагаемого устройства, путём модуляционного устранения сетевой низкочастотной составляющей напряжения в его первичной обмотке. Эффективность данного решения подтверждена анализом экспериментальных графиков прямого и плавного пуска, торможения, а также режима позиционирования асинхронного двигателя в компьютерной программе MATLAB/Simulink. Снижение энергопотребления при пуске, торможении и позиционировании асинхронного двигателя, при использовании унифицированного трансформаторно-транзисторного модуля в качестве основного элемента системы управления электроприводом доказано экспериментальными графиками, полученными в компьютерной программе MATLAB/Simulink.
Бесплатно
Построение системы управления мгновенными значениями тока статора в электроприводе переменного тока
Статья научная
Объектом исследования является энергосберегающая система частотного управления двигателем переменного тока, выполненная на базе инвертора тока с релейными регуляторами тока статора. Область применения - подъемно-транспортное оборудование, а также механизмы циклического действия общепромышленного назначения. Применение современной элементной базы, позволяющей использовать новые алгоритмы управления, расширяет функциональные возможности систем управления двигателем переменного тока и помогает добиться энергосбережения. Разработан и исследован преобразователь частоты с автономным инвертором тока (АИТ) на базе IGBT-транзисторов с дополнительными отсекающими диодами и буферными конденсаторами. Этот преобразователь позволяет получить выходное напряжение, близкое к синусоидальному. Проведен комплекс исследований разработанных систем управления двигателем переменного тока. Они включают в себя аналитические исследования и математическое моделирование. Результаты моделирования совпадают с аналитическими исследованиями и показывают, что система соответствует предъявляемым требованиям и обладает улучшенными энергетическими показателями.
Бесплатно
Потери в регулируемых электроприводах при разных законах управления
Статья научная
Для электродвигателей разного типа (асинхронных, синхронных, постоянного тока, реактивных) и разными законами управления приведены обобщённые зависимости изменения соотношения составляющих потерь при изменении момента нагрузки.
Бесплатно
Статья научная
Разработана простая и эффективная система управления параллельным активным фильтром электроэнергии. Такой параллельный активный фильтр электроэнергии позволяет повысить качество напряжения в электросети при работе нелинейной нагрузки. Это достигается за счет существенного снижения параллельным активным фильтром электроэнергии гармонических составляющих тока нагрузки и компенсации реактивной мощности нагрузки, при этом исключается вероятность возникновения резонансных явлений свойственных пассивным фильтрам. Данная система управления параллельным активным фильтром электроэнергии может быть использована как в однофазных, так и в трехфазных электрических сетях. Предложен способ реализации разработанной системы управления параллельным активным фильтром электроэнергии. Построена компьютерная модель активного фильтра электроэнергии в программной среде Matlab 7.11 и приведены результаты моделирования ее работы на активно-индуктивную нагрузку. Для практического подтверждения результатов математического моделирования в программной среде Matlab 7.11 создана установка по исследованию релейного регулятора тока (РРТ). На этой установке практическим путем была подтверждена возможность использования РРТ как основного элемента для создания предложенной системы управления ПАФЭ.
Бесплатно
