Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 761
Статья научная
Коллективом авторов отмечается, что проектирование современных систем теплоснабжения 4-го поколения заключается в применении современных цифровых технологий с использованием анализа и обработки больших данных и в том числе при прогнозировании поведения системы теплоснабжения в целом. Поэтому разработка цифровых моделей является одной из актуальных проблем в современном теплоснабжении. Материалом исследования научной работы являются термодинамические процессы многофазных потоков наружных сетей теплоснабжения. Приводится описание и расчет методики построения физико-математических моделей термодинамических процессов многофазных потоков наружных сетей теплоснабжения с использованием метода Рунге - Кутты/WENO. Отмечается, что математически возможно выразить термодинамические процессы как непрерывные процессы, представления о которых можно получить с помощью осреднения параметров фаз рассматриваемого потока. Прежде всего свойство непрерывности свидетельствует, что малые изменения аргумента приводят к малым изменениям значения функции. Поток можно считать гетерогенным, а значит, обладающим явлением межфазного взаимодействия. Следовательно, такие взаимодействия необходимо учитывать при составлении уравнений.
Бесплатно
Краткое сообщение
Предложена методика диагностики обрыва стержня ротора в асинхронном двигателе по осциллограммам пускового тока статора. Создана конечно-элементная модель асинхронного двигателя, на которой проведены исследования процессов пуска для случая исправного двигателя и двигателя с одним сломанным стержнем ротора.
Бесплатно
Разработка микрогидроэлектростанций для малых рек горнозаводской зоны Челябинской области
Статья научная
Производство электроэнергии на малых гидроэлектростанциях привлекательно как с экологической, так и с экономической точки зрения. Технологические инновации и меры по снижению воздействия на окружающую среду делают малые гидроэлектростанции недорогим и оправданным источником возобновляемой энергии, который обеспечивает возможность выработки на независимой основе и помогает не только защитить окружающую среду, но и ослабить зависимость человека от ископаемого топлива. Это исследование посвящено поиску решений, основанных на технологиях и инновациях возобновляемых источников энергии на примере Челябинской области. Экспериментальная модель водяного колеса для микроГЭС, представленная в данной статье, и проведенные исследования на основе данной модели были использованы для проведения предварительных расчетов. В итоге нами было получено, что представленные микроГЭС способны вырабатывать около 9-13 кВт•ч, около 170-266 кВт•ч/день и от 63 до 99 МВт•ч/год.
Бесплатно
Статья научная
Предложена обобщённая схема взаимодействия произвольного цилиндра паровой турбины, соответствующего корпуса подшипника и фундамента турбоагрегата (продольных шпонок). На основе схемы разработана упрощенная аналитическая модель, использующая методы теоретической механики и сопротивления материалов, позволяющая определить величину силы трения возникающей на продольных шпонках при разности температур фланца горизонтального разъёма цилиндра турбины слева и справа (температурном перекосе). Для проверки принятых в аналитической модели допущений была разработана модель взаимодействия цилиндра, корпуса подшипника и продольных шпонок на основе метода конечных элементов. По результатам сравнительных расчётов по обеим моделям показано, что величины сил трения, возникающих в паре «продольная шпонка - корпус подшипника» при наличии температурного перекоса на фланцах горизонтального разъёма цилиндра высокого давления турбины, для реально встречающегося в эксплуатации диапазона температурного перекоса, практически совпадают. Аналитическая модель даёт несколько завышенные результаты. Результаты моделирования могут использоваться для оценки величин сил трения, возникающих на продольных шпонках переднего корпуса подшипника при температурном перекосе на фланцах сопряжённого с ним цилиндра высокого давления паровой турбины. Предложенные модели позволяют при проектировании многоцилиндровых паровых турбин принимать обоснованные решения при назначении зазоров в паре «продольная шпонка - корпус подшипника».
Бесплатно
Разработка модели электрической сети для управления качеством электрической энергии
Статья научная
Вопрос управления качеством электрической энергии на сегодняшний день стоит очень остро. Это обусловлено новыми подходами к нормированию и контролю качества электроэнергии. В электрических сетях появляются новые свойства, которые влияют на качество электроэнергии, в то время как концепции управления качеством электроэнергии в современных условиях нет. В статье показаны разработка принципов построения и самой модели электрической сети для эффективного управления качеством электроэнергии на основе системного подхода. Модель состоит из блоков и модулей, каждый из которых имеет свое функциональное значение.
Бесплатно
Статья научная
Состояние элементов заземляющих устройств во многом определяется процессом коррозии. Анализ существующих методов контроля состояния элементов заземляющих устройств показал их основные недостатки, связанные с необходимостью периодического вскрытия грунта над заземлителем для ви-зуальной оценки его коррозионного состояния. В статье приводятся результаты лабораторных исследований влияния ряда факторов на процесс коррозии. В качестве исследуемых факторов были приняты влажность грунта, его водородный показатель рН, химико-минеральный состав и наличие блуждающих токов. На основании теории планирования эксперимента было определено минимально необходимое количество опытов и составлена матрица отсеивающего эксперимента, по которой выделены факторы, существенно влияющие на процесс коррозии заземляющих устройств. Результаты исследования показали, что процесс коррозии заземляющих устройств определяется, в основном, влажностью грунта и наличием блуждающих токов.
Бесплатно
Статья научная
Использование энергоэффективного электропривода затрагивает различные сферы производства. Актуальность этого с каждым годом растет, замена старого оборудования на современное - это вопрос времени и темпа модернизации. Так, в промышленном производстве кораблестроения стоит вопрос о модернизации гребных установок путем использования электропривода с высокими удельными показателями. К данной энергетической установке предъявляются весьма жесткие условия: достаточно высокий коэффициент полезного действия и высокая мощность при сравнительно малых массогабаритных показателях. Таким образом, выбор пал на использование синхронного реактивного двигателя с использованием высокотемпературных сверхпроводников. Для поддержания сверхпроводящего состояния ВТСП элементов необходима криогенная установка. Учитывая режимы работы и эксплуатации грузовых суден и ледоколов, установка должна быть простой, а материал для охлаждения должен быть доступным. В этом случае хорошими качествами обладает жидкий азот (77 К), так как для его создания необходим только доступ к воздуху из окружающей среды. Элементы ВТСП, на которых спроектирован СРД, должны переходить в сверхпроводящее состояние при температуре кипения жидкого азота. Данная конструкция электропривода позволит не только уменьшить массогабариты гребной установки (система ГЭУ «Азипод»), но и сохранить перегрузочную способность, обеспечив надежную работу привода на всем промежутке времени и режимах эксплуатации судна.
Бесплатно
Статья научная
Как показывает статистика аварийных отключений и предельные сроки эксплуатации элементов электрических сетей и электрооборудования в целом, основной задачей для подключения перспективных промышленных и жилых комплексов является обеспечение бесперебойного электроснабжения. Для этого необходимо проводить реконструкцию или прокладывать новые перспективные и востребованные линии электропередачи для ответственных потребителей. В связи с этим требуется разработка и реализация системы автоматизированного расчета с заложенной усовершенствованной методикой выбора сечений проводников линий электропередачи 10-35 кВ с помощью учета дополнительных экономических параметров, одним из которых является критерий минимума дисконтированных затрат. В результате получены новые значения экономической плотности тока для каждого субъекта Российской Федерации, соответствующие новым экономическим условиям, которые существенно отличаются от приведенных в ПУЭ. В исследовании был выполнен анализ влияния экономической плотности тока от территориального разброса цен на электроэнергию, нормы дисконта, динамики роста нагрузки и цен на ремонт и обслуживание, что подтверждает её зависимость от экономической ситуации в стране. Разработанный программный продукт позволяет произвести перерасчет линии электропередачи для последующей реконструкции и модернизации. Кроме этого, как сказано выше, имеются рассчитанные значения для всех регионов России с учетом времени наибольшей загрузки. Применение системы автоматизированного расчета позволит сократить время расчетов при определении типа линии, сечения и напряжения для дальнейшего прогнозирования вновь подключаемых объектов и действующих, а также выполнить правильный и обоснованный выбор при минимуме исходной информации.
Бесплатно
Разработка системы глубокой сероочистки синтез-газов
Статья научная
В ходе экспериментов на термогравиметрическом анализаторе были определены кинетические характеристики чистой окиси цинка ГОСТ 10262-73 и динамические характеристики сорбента Katalco 32-4 Johnson Matthey. Полученные данные позволили рассчитать объем сорбента, достаточный для полной очистки газа от сероводорода; длительность рабочего цикла сорбента; степень конверсии сорбента, а так же основные кинетические характеристики реакции поглощения сероводорода оксидом цинка. Моделирование химических процессов с учетом нестационарной гидродинамики позволило спрогнозировать степень конверсии оксида цинка марки Zn2OSC на разных изотермах, а так же параметры процесса с чистой окисью цинка и с сорбентом Katalco в диапазоне температур 250-950 °C. Расчеты проводились в пакете ANSYS Fluent.
Бесплатно
Статья научная
Разработана методика выявления зависания корочки слитка в кристаллизаторе и предложена функциональная схема системы управления электроприводами МНЛЗ, позволяющая предотвращать прорывы непрерывно-литых слитков.
Бесплатно
Статья научная
Состояние вопроса. В условиях цифровизации электрических сетей, наиболее массовым и проблемным элементом остаются распределительные электрические сети. Технологические решения, повышающие энергетическую эффективность указанных сетей, заключаются в управлении напряжением и пропускной способностью линий электропередачи с использованием распределенной генерации и регулирования накопителями электроэнергии. Однако на настоящий момент отсутствует универсальная методика выбора параметров и мест размещения систем накопления электроэнергии (СНЭ) в распределительных электрических сетях, учитывающая изменение суточных графиков нагрузок, разработке которой посвящена данная статья. Материалы и методы. Исследование выполнено с анализом отечественных и зарубежных научно-технических изданий, посвященных вопросам выбора параметров и мест размещения СНЭ в распределительных сетях, а также с применением известных аналитических методов расчета характерных величин суточных графиков нагрузок. В процессе выполнения практической части методом исследования являлось математическое моделирование. В качестве инструмента моделирования применялся программный комплекс PSS SINCAL. Результаты. Выполнен анализ существующих методик выбора параметров и мест размещения СНЭ в распределительных электрических сетях. Разработаны критерии оптимальности выбора параметров и места установки СНЭ в зависимости от целей применения накопителей. Обоснованность принятых критериев оптимальности подтверждена результатами практических расчетов на математической модели. Выводы. Разработанная усовершенствованная методика может быть использована при проектировании реконструкции и новом строительстве распределительных электрических сетей с применением накопителей электроэнергии, увеличивающих технико-экономическую эффективность работы сети.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время большое количество металлургических заводов в России и за рубежом имеют в своем составе электросталеплавильные комплексы на базе дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и установок ковш-печь (УКП). Данные агрегаты являются мощными электроприемниками с нелинейной вольтамперной характеристикой и резкопеременным, несимметричным характером изменения нагрузки, поэтому при работе печи наблюдаются нарушения показателей качества электрической энергии и повышение коэффициента реактивной мощности на границе балансовой принадлежности предприятия и внешней питающей сети. Для улучшения показателей качества электрической энергии и обеспечения стабилизации напряжения в точке подключения печного трансформатора электродуговой печи дополнительно применяют устройства компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день более 85 % от общего количества компенсирующих устройств для ДСП и УКП используют статический тиристорный компенсатор (СТК), состоящий из тиристорно-реакторной группы и фильтров высших гармоник. Анализ номинальных параметров СТК различных фирм-производителей показал отсутствие универсальной методики выбора параметров фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ) компенсаторов. В связи с этим актуальной задачей является разработка комплексного подхода определения оптимальной конфигурации фильтров высших гармоник при их известной суммарной мощности. Цель работы - разработка усовершенствованной методики выбора параметров ФКЦ СТК электродуговой печи, учитывающей различные критерии оптимальности, такие как стоимость ФКЦ, потери активной мощности в фильтрах высших гармоник, коэффициент фильтрации, суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения. Используемые методы: для проведения исследований использовались экспериментальные массивы электрических параметров, полученные на действующих электротехнических комплексах «ДСП-СТК», а также известные методы математического моделирования электродуговых печей и СТК. Новизна: разработанная методика расчета параметров фильтрокомпенсирующих цепей СТК отличается от известных тем, что распределение мощности между фильтрами высших гармоник осуществляется с использованием группы критериев оптимальности, что позволяет достичь наилучших технико-экономических параметров ФКЦ с учетом особенностей конкретного электросталеплавильного агрегата и его системы электроснабжения. Данная методика обладает повышенной точностью анализа электрических режимов ФКЦ за счет возможности использования реальных токов электродуговых печей разного класса и мощности. Полученные результаты: 1) выполнен анализ параметров действующих СТК различных фирм-производителей; 2) проанализированы существующие методики распределения мощности между фильтрами; 3) разработана усовершенствованная математическая модель комплекса «ДСП-СТК», позволяющая проводить детальные исследования режимов работы ФКЦ СТК с учетом реального гармонического состава токов ДСП; 4) на основании математической модели установлены закономерности изменения коэффициента фильтрации ФКЦ при различных вариантах распределения суммарной мощности между фильтрами; 5) разработана усовершенствованная методика расчета параметров ФКЦ СТК, обеспечивающая оптимальное распределение мощности между фильтрами высших гармоник с учетом совокупности различных критериев оптимальности. Практическая ценность: полученные результаты исследований имеют большую практическую значимость при проектировании и расчете параметров фильтрокомпенсирующих цепей СТК, функционирующих в системах электроснабжения электросталеплавильных комплексов.
Бесплатно
Статья научная
Целью данного исследования является разработка усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами установок ковш-печь, предусматривающих автоматическую адаптацию длин электрических дуг к различным условиям аргонной продувки и разной толщине шлака. Рассмотрены вопросы оптимизации несимметричных режимов горения дуг, обеспечивающих максимальное снижение излучений и повышение теплового КПД в фазах, расположенных рядом с зеркалом жидкого металла при донной продувке и работе аварийной фурмы. Приведены результаты экспериментальных исследований поведения поверхности жидкого металла и шлака при различных режимах аргонной продувки, а также различной толщине шлакового слоя. На основе результатов экспериментов предложены новые алгоритмы управления электрическим режимом установки ковш-печь. Данные алгоритмы позволяют производить динамическую адаптацию длин электрических дуг к изменяющимся режимам аргонной продувки, а также шлаковым режимам с использованием информации о гармоническом составе токов дуг. За счёт этого обеспечиваются необходимые условия для улучшения энергетических, временных и технологических показателей установок ковш - печь, поскольку от корректной адаптации электрического режима к изменяющимся условиям плавки напрямую зависит величина теплового КПД электрических дуг, а также КПД технологической установки в целом.
Бесплатно
Краткое сообщение
Предложен способ, функциональная схема, алгоритм и граф автомата Мили автоматического регулирования двухдвигательного асинхронного электропривода с применением двунаправленных регистров сдвига и магазинов сопротивлений, позволяющие автоматически, в зависимости от текущего режима работы, регулировать скорости вращения электродвигателей и поддерживать их номинальные параметры в соответствии с заданной программой работы.
Бесплатно
Статья научная
Разработка систем контроля технического состояния оборудования прокатных станов должна основываться на современных цифровых технологиях. Одним из наиболее частых повреждений, возникающих в главных линиях электроприводов клетей, является поломка шпиндельных соединений. На примере реверсивной клети толстолистового стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК») обоснована задача контроля износа шпиндельных соединений на основе периодического измерения угловых зазоров в автоматическом режиме. Выполнен анализ осциллограмм скоростей и моментов двигателей в аварийном режиме, вызванном поломкой шейки валка. Подтверждены колебательные свойства системы «электропривод - валок», увеличивающие амплитуду упругого момента при захвате металла. Разработан наблюдатель углового зазора, принцип которого основан на алгоритмическом вычислении (восстановлении) неизмеряемого сигнала (зазора) на основе математической обработки физических параметров (скорости и электромагнитного момента двигателя), измеряемых с заданной периодичностью. Предложен способ мониторинга износа шпиндельного соединения, обеспечивающий косвенное определение углового зазора путем интегрирования скорости при разомкнутом зазоре. Интервал вычисления интеграла определяется путем фиксации динамического увеличения момента двигателя в момент его активного закрытия при отсутствии металла в валках. Представлена структура наблюдателя, приведены осциллограммы, поясняющие возможность его практической реализации. Дана характеристика имитационной модели электромеханической системы клети стана 5000. Выполнены исследования алгоритмов, реализующих разработанный способ. Предложены вариант технического исполнения и алгоритм настройки наблюдателя. Обозначена стратегия дальнейших исследований, обоснованы направления создания цифровой системы мониторинга износа шпиндельных соединений. Отмечены технические эффекты, обеспечиваемые при внедрении выполненных разработок.
Бесплатно
Статья научная
При расширении сортамента продукции толстолистовых прокатных станов приобретает актуальность проблема совершенствования алгоритмов управления приводами мехатронной системы реверсивной клети. Важнейшими задачами являются повышение точности геометрических размеров, а также улучшение профиля и планшетности проката. Представлена структура, поясняющая концепцию ROLL-GAP CONTROLL автоматического регулирования толщины и зазора валков фирмы SMS-Demag AG. Данная концепция реализована на стане 5000 Магнитогорского металлургического комбината. Приведена структурная схема системы расчета и автоматического регулирования толщины (САРТ). Рассмотрена функциональная схема системы регулирования положения гидравлических нажимных устройств Hydraulic Gap Control (HGC), включающая быстродействующий канал пропорционального регулирования и относительно медленный канал интегрального регулирования положения. Рассмотрен принцип автоматического регулирования толщины, реализованный в ресурсе системы Automatic Gap Control (AGC) контроллера TCS клети. Представлены схема и зависимости для вычисления коэффициентов нелинейного регулятора толщины. Отмечены функции RAC-регулятора, предназначенного для компенсации разницы растяжений (перекоса) зазора по сторонам клети. Рассмотрены функции системы динамической компенсации возмущающих воздействий. Обосновано исключение сигналов коррекции противоизгиба и деформации валков. Отмечены недостатки САРТ при прокатке листов толщиной менее 10 мм. Наболее опасным является отрыв фрагментов металла от хвостовой части, вызванный некорректной работой системы задания толщины. Предложен способ управления гидравлическими нажимными устройствами, суть которого заключается в быстродействующем увеличении межвалкового зазора на «хвосте» раската в последнем проходе при прокатке тонких листов. Представлены результаты экспериментальных исследований, выполненных на стане 5000. Подтверждена техническая эффективность внедрения предложенного способа управления. Рассмотрены осциллограммы сигналов, характеризующих разнотолщинность. Доказано, что при предложенных настройках систем HGC и AGC обеспечивается высокая точность регулирования положения нажимных устройств и толщины по длине и ширине листа.
Бесплатно
Распределённая модель гистерезиса с вихревыми токами
Статья научная
Показано, что исходная форма [1] модели гистерезиса ученых из Нижнего Новгорода может быть расширена еще двумя [2], [3], а решение их представляет собой задачу следящего управления [4], если бы аргументом стало время. Больше возможностей предоставляет замена линейных дифуравнений на нелинейные [5]. Экспериментальные петли [2] полезно иметь в памяти ЭВМ, например, в виде сплайнов из эллипсов и гипербол [3]. Для моделирования динамических петель используется известная возможность моделирования вихревых токов включением параллельно активного сопротивления [4]. Предложена схема (рис. 4) исследования сталей с простым разделением разных явлений, на которой еще в 1972 году обнаружена практическая независимость статической петли от частот [5]. Несовпадение динамических петель объяснено вытеснением магнитного поля даже в тонких листах стали и разными статическими петлями в слоях. Предложена малослойная модель магнитопровода, давшая хорошее совпадение с экспериментом.
Бесплатно
Распределённые модели устройств автоматического управления
Краткое сообщение
Рассмотрены принципы построения моделей микропроцессорных устройств автоматического управления на основе алгоритмического моделирования в режиме реального времени. Показана возможность практической реализации таких систем на базе программного комплекса Multi-Control.
Бесплатно
Расчет алгоритмов коммутации многофазных вентильных двигателей
Статья научная
Предложен расчет алгоритмов полной и неполной коммутации многофазных вентильных двигателей в нормальных и аварийных режимах работы удобный для моделирования электромагнитных процессов.
Бесплатно
Расчет импульсного электромагнитного поля в проводящей среде
Статья научная
В работе рассматриваются вопросы расчета импульсного электромагнитного поля внутри металла. Получено, что форма импульса внутри металла зависит от расстояния до его поверхности, а параметр «глубина проникновения» зависит от длительности импульса. Результаты численных расчетов свидетельствуют о том, что проникновение электромагнитного поля в проводник обусловлено диффузионными процессами. Глубина проникновения электрического поля уменьшается с уменьшением длительности видеоимпульса и зависит от величины энергии электромагнитного поля в импульсном сигнале.
Бесплатно
