Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 771
Статья научная
В статье изложены предложения по корректировке динамики асинхронных электроприводов с частотным регулированием, используемых в производственном оборудовании. В ряде научных трудов как российских, так и зарубежных исследователей представлены различные способы улучшения статических и динамических характеристик асинхронных электроприводов для применения их на промышленных линиях с высокими требованиями к показателям качества регулирования этих приводов. Ранее авторами было показано, что положительная динамическая связь по активной составляющей тока статора двигателя (dynamic positive feedback (DPF)) значительно улучшает статическую точность поддержания скорости и качество динамических процессов. Однако аппаратная реализация этой коррекции в приводах производственных механизмов на основе аналоговых элементов существенно снижает ее технико-экономическую эффективность. В предлагаемой статье показано, как такую же коррекцию можно реализовать на промышленных контроллерах, изначально предназначенных для работы с преобразователями частоты (ПЧ) в качестве устройств, управляющих технологическими режимами работы механизмов. Показано, что такой подход открывает широкие возможности для совершенствования алгоритмов управления асинхронными электроприводами в рамках стандартного программного и аппаратного обеспечения.
Бесплатно
Цифровая модель процессов в топке котла
Статья научная
Нормативный метод (НМ) теплового расчета котлов, неоднократно подтвержденный и уточненный, содержит структуру идей и методов, которые были сохранены и адаптированы при переходе к цифровым технологиям. В применении к анализу тепловых процессов в топке котла с факельными топками это потребовало преобразования большого массива исходных и справочных данных, которые без изменения не могут применяться в цифровых технологиях, в том числе при использовании ЭВМ. Это касается графических и табличных данных, которые занимают до 80 % объема НМ. Основными нормативными элементами цифровой модели в данном случае являются: температура адиабатного горения топлива, коэффициент ослабления излучения топочной средой, степень черноты топки с учетом размера излучающего слоя, коэффициент тепловой эффективности экранов топки, результирующее число Больцмана и финальное расчетное значение температуры газа на выходе из топки. Применение конкретных данных для котла с D = 400 т/ч позволило уточнить структуру аналитических зависимостей, а также величину отклонений величин от нормативных в конечных значениях температуры. Разработан переход к зависимостям с учетом тепловой мощности котла и вида топлива. Адаптация цифровой модели к условиям котла при использовании всех видов топлива позволила определить средние значения отклонений конечных параметров. Количественно весь материал соответствует нормативным данным, представлен в цифровом формате и методически отвечает пакету Mathcad-15. В отличие от известных работ в этой области все факторы, влияющие на тепловой баланс, представлены аппроксимациями с учетом переменности температуры.
Бесплатно
Цифровая модель теплового баланса котла
Статья научная
Нормативный метод (НМ) теплового расчета котлов, неоднократно подтвержденный и уточненный, содержит структуру идей и методов, которые были сохранены и адаптированы при переходе к цифровым технологиям. В применении к анализу теплового баланса котла с факельными топками это потребовало преобразования большого массива исходных и справочных данных, которые без изменения не могут применяться при использовании ЭВМ. Это касается графических и табличных данных, которые занимают до 80 % объема НМ. Для получения корреляционных зависимостей применен метод неизвестных коэффициентов, достаточно простой и надежный, с включением проверочного алгоритма, в случае равноотстоящих аргументов - это коэффициенты Грегори - Ньютона. Как показал предварительный анализ, практически для всех зависимостей достаточен полином второй степени, иногда заменяемый двумя полиномами. Методом варьирования определяющих факторов в области номинальных значений ±20 % получен отклик модели в виде изменения расхода топлива. Количественно весь материал соответствует нормативным данным, представлен в цифровом формате и методически отвечает пакету Mathcad-15. В отличие от известных работ в этой области все факторы, влияющие на тепловой баланс, представлены аппроксимациями с учетом переменности температуры и давления.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается принцип построения частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с синхронной системой управления на базе многозонного интегрирующего развертывающего преобразователя. Приведена структурная схема регулятора и временные диаграммы его сигналов для исправного состояния системы управления и катастрофического отказа одного из каналов регулирования.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается принцип построения частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения в составе системы управления сушильной камеры 120ЕК электроцеха ОАО «Челябинский трубопрокатный завод». Приведены структурная схема и временные диаграммы работы регулятора, а также преобразователя значения комплексного сопротивления изоляции, осуществляющего непрерывный контроль за ходом технологического процесса при сушке обмоток электротехнического изделия.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается принцип построения регулятора переменного напряжения с частотно-широтноимпульсной модуляцией, способного адаптироваться к нестационарным параметрам источника электроснабжения. Приведена структура системы управления и ее временные диаграммы сигналов. Показано, что подобного рода регуляторы имеют практически неограниченный диапазон регулирования, повышенную точность и помехоустойчивость, обусловленную применением в алгоритме управления метода интегрирующего развертывающего преобразования. Разработана система управления сушильной камерой, в состав которой входит адаптивный регулятор переменного напряжения и система «непрерывного» контроля изоляции изделия, подвергаемого термообработке. Статья предназначена для научных и инженерных работников, специализирующихся в области силовой преобразовательной техники, а также может представлять интерес для студентов энергетического направления.
Бесплатно
Численная аппроксимация конвективного граничного условия для сеток с подвижными узлами
Статья научная
Обычно для решения уравнения теплопроводности в областях с переменными во времени границами применяют метод ловли границы в узел пространственной сетки, что обуславливает необходимость использования при расчетах переменного шага по времени, кроме того, переменным будет и число пространственных узлов. Однако во многих случаях более предпочтительным может быть метод сеток с подвижными узлами, в этом случае нет необходимости в изменении числа пространственных узлов и шага по времени. В данной работе для сеток с подвижными узлами рассмотрена задача аппроксимации конвективного граничного условия. Непосредственная замена производных в граничном условии конечными разностями приводит к большой погрешности вычисления температуры поверхности и, вследствие этого, и всего температурного поля тела. При использовании сетки с постоянным шагом по пространству с целью повышения точности расчетов для конечно-разностной замены граничного условия можно использовать формулу Бека. В литературе для сеток с подвижными узлами формулы, аналогичной формуле Бека, нет, поэтому возникает задача по определению такой формулы. Для решения поставленной задачи аппроксимации применен метод теплового баланса для элементарной ячейки у поверхности тела. Выполнена апробация полученной конечно-разностной формулы, в том числе и с помощью вычислительного эксперимента. Полученные результаты могут быть использованы при построении вычислительных схем метода сеток с подвижными узлами.
Бесплатно
Численная оценка вероятностного распределения перетоков мощности
Статья научная
Состояние вопроса. Значения перетоков активной мощности используются для контроля соблюдения требований к устойчивости энергосистем при планировании и управлении электроэнергетическим режимом. Для выполнения расчетов создаются математические модели электрической сети. При этом величины мощностей прогнозного суточного графика нагрузки находятся расчетным путем в соответствии с правилами их определения, то есть задаются конкретными значениями на отдельных временных интервалах. Однако реальные значения мощностей нагрузок не являются постоянной величиной на рассматриваемом интервале и в общем случае могут быть представлены некоторым интервалом, внутри которого находятся фактические значения. Параметры электрической сети также изменяются во времени под воздействием внешних факторов, таких как сезонные изменения, погодные условия, случайные происшествия и другие. Иными словами, при создании модели электрической сети применяется ряд допущений. В данной статье предлагается применить метод Монте-Карло для моделирования режимов работы рассматриваемой энергосистемы при изменении исходных величин мощностей нагрузок в углах сети и сопротивлений линий согласно нормальному закону распределения. Данный метод позволит определить влияние изменений указанных величин на перетоки мощности по ветвям, а также оценить величину коэффициентов запаса по статической устойчивости. Материалы и методы: Метод Монте-Карло (метод статистических испытаний). Результаты. Данная методика была реализована в двухузловых системах «база - генератор» и «база - нагрузка», трехузловой системе «база - нагрузка - генератор» и на модели Редькино-Арланского района энергосистемы Республики Башкортостан. Для перечисленных моделей были получены результаты перетоков активной и реактивной мощности линий для каждого успешно рассчитанного режима (без нарушения статической устойчивости), и по полученным значениям мощностей были построены их распределения и определены диапазоны изменения. После чего были рассчитаны коэффициенты запаса статической устойчивости и построены их зависимости от величины интервала изменения исходных параметров сети. Выводы. По результатам изменения диапазонов перетоков мощностей по ветвям исследуемой сети делается вывод о том, какие из них имеют наибольший диапазон колебаний значений, а также изменение мощностей в каких из узлов оказывает наибольшее влияние на величину контролируемых перетоков. Соответственно, значения мощностей в этих узлах следует задавать с большей точностью, чем в других.
Бесплатно
Статья научная
Процесс газификации биомассы (древесной, сельскохозяйственной и т. д.) может быть неустойчивым из-за низкой теплоты сгорания, а также сопровождаться образованием значительного количества смолы. Поэтому добавление угля способствует повышению эффективности переработки биомассы. С другой стороны, высокая реакционная способность биомассы может способствовать стабилизации режимов горения и газификации низкореакционных топлив, таких как угли высокой степени метаморфизма или коксовые остатки нефтепереработки. Совместная газификация топлив с существенно отличающимися свойствами не только смещает оптимальные режимы работы газогенератора (по удельному расходу окислителя и условиям шлакования), но и существенно влияет на процессы, связанные с подготовкой горючего газа к использованию в камере сгорания или каталитическом реакторе. В работе проведено численное исследование стационарных режимов газификации угольной пыли с добавлением биомассы в поточном газогенераторе с парокислородным дутьем. Получены расчетные зависимости эффективности процесса от управляющих параметров: доли биомассы в смеси с углем и удельного расхода кислорода.
Бесплатно
Статья научная
Газификация твердого топлива позволяет повысить техническую и экологическую эффективность использования твердого топлива в энергетике. Обычно газогенераторы большой единичной мощности работают по принципу несущего потока: пылеугольное топливо увлекается дутьем и за время пребывания в реакторе претерпевает стадии превращения в горючие газы. В работе исследуется одноступенчатый процесс паровоздушной газификации угля с предварительным подогревом дутья. Для этого используется математическая модель, включающая одномерные уравнения переноса и химических превращений топлива и газовой смеси. С помощью расчетов определены основные характеристики процесса газификации и их зависимость от управляющих параметров: температуры подогрева воздуха, избытка окислителя и расхода пара.
Бесплатно
Статья научная
Требования к повышению коммутационной способности элегазовых выключателей, диктуемые электросетевыми компаниями вследствие увеличения расчётных токов короткого замыкания в сетях 110 кВ и выше, в настоящее время являются сложной технико-экономической задачей. Очевидно, что материальные затраты на такое мероприятие высоки и перед созданием прототипа нового оборудования или модернизации существующего необходимо произвести расчёт сложнейших комплексных физических процессов гашения дуги, происходящих в дугогасительном устройстве элегазового выключателя высокого напряжения при отключении токов короткого замыкания. Последнее сводится к задаче моделирования процессов взаимодействия дуги отключения с неизотермическим потоком элегаза. В статье исследуется возможность решения вышеописанной задачи в численном программном комплексе при учёте дуги в форме источника температурного нагрева на основе экспериментальных данных измерения температуры ствола дуги при отключении симметричного тока короткого замыкания 10 кА. Расчёты проводились при коммутации автокомпрессионного дугогасительного устройства элегазового выключателя 110 кВ. Приведены результаты изменения давления и массового расхода в подпоршневой области, скорости, температуры в зависимости от хода контактов. Разработанная модель взаимодействия дуги отключения с потоком элегаза также использована для моделирования процесса отключения симметричного тока короткого замыкания 25 кА в реальном автокомпрессионном дугогасительном устройстве.
Бесплатно
Статья научная
Предметом работы является численное исследование термогидродинамических процессов в потоке метановой парокапельной смеси в одном из элементов устройства подогрева смесей газов и жидкостей. Темой исследования является изучение физических процессов, протекающих в аппаратах регазификации сжиженного природного газа. Цель работы - выявление закономерностей динамики полидисперсной парокапельной смеси в трубе с нагретыми стенками. Динамика несущей среды описывается системой уравнений Навье - Стокса для сжимаемой теплопроводной среды с учетом обмена массой, импульсом и энергией с дисперсной фазой. Дисперсная фаза включала в себя несколько фракций, отличающихся размерами. Каждая фракция описывается системой уравнений, состоящей из уравнения неразрывности для средней плотности, уравнений сохранения составляющих импульса и уравнения сохранения тепловой энергии с учетом взаимодействия многофракционной дисперсной фазы с несущей средой. Математическая модель учитывала закрутку потока посредством учета тангенциальных составляющих векторов скоростей несущей фазы и фракций дисперсной фазы. Системы уравнений движения несущей среды и фракций дисперсной фазы решаются явным конечно-разностным методом Мак-Кормака второго порядка. Для преодоления численных осцилляций используется схема нелинейной коррекции сеточной функции. На каждом временном шаге основная часть вычислительного алгоритма дополняется моделью испарения капель с последующей коррекцией гидро- и термодинамических параметров смеси. В результате расчетов выявлено существенное отличие в интенсивности испарения фракций жидкой метановой фазы смеси, имеющих различные размеры дисперсных включений, также было определено, что в процессе движения испаряющейся смеси наибольшее давление паровой фазы наблюдается вблизи отверстия втекания метановой смеси в трубу с подогретыми стенками. Выявленные закономерности возможно применить в устройствах, работающих с газожидкостными средами.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматривается новая концепция дизайна плоского солнечного коллектора с использованием гибких трубок. Плоский солнечный коллектор предназначен для запуска холодной воды в системы солнечного теплоснабжения вместо использования дорогих антифризных жидкостей и для удаления вторичных средств. Разработка такого типа солнечных тепловых коллекторов позволит снизить стоимость установки традиционных солнечных тепловых систем без необходимости использования вторичных теплообменников. Определены основные параметры теплоемкости плоского солнечного коллектора. Рассчитан температурный контур пластины-поглотителя плоского солнечного коллектора с температурой на входе 30 °C. В отличие от температурного контура типа змеевика с трубкой обнаружено, что максимальная температура пластины-поглотителя коллектора при одинаковых условиях температуры на входе намного ниже, чем у первой. С помощью коммерческого программного пакета CFD (Computational Fluid Dynamics) ANSYS FLUENT 19.0 были разработаны фазовый дизайн, основанный на прогнозах тепловых характеристик коллектора, и эквивалентный коэффициент теплопередачи пластин поглотителя. Также были рассчитаны переменные экспериментальных испытании для солнечного плоского коллектора, которые были выше при падающем солнечном излучении, чем при температуре окружающей среды.
Бесплатно
Численное моделирование температурных полей тел сложной формы на принципе диакоптики
Статья научная
Рассматривается подход к решению нелинейных многомерных задач теплопроводности конструкций промышленных объектов на принципе диакоптики - решение сложных задач по частям. Конструкция сложной формы представляется комбинацией фигур-примитивов, для которых разработаны простые программные модули. Сопряжение модулей происходит через граничные тепловые сопротивления фигур на основе полученных обобщенных зависимостей. Приводится алгоритм решения задачи.
Бесплатно
Эволюция требований к свойствам материалов постоянных магнитов для электрических машин
Статья научная
В статье рассматриваются этапы развития технологии производства сплавов магнитно-твердых материалов, предназначенных для применения в составе индукторов электрических машин. Показано влияние характеристик магнитно-твердых сплавов на подход к проектированию электрических машин. Определены особенности наиболее распространённых в настоящее время сплавов, определяющие область их применения. Показана необходимость регулирования потока возбуждения для тяговых электродвигателей. Обоснована принципиальная возможность использования синхронных гистерезисных электродвигателей, обладающих возможностью регулирования потока возбуждения по цепи статора, в качестве тяговых. Показаны достоинства и недостатки гистерезисного электродвигателя. Рассмотрены алгоритмы управления гистерезисным электродвигателем, позволяющие улучшить энергетику его работы в режиме запуска и в рабочем режиме. Проведено сопоставление процессов перемагничивания материала индуктора при работе гистерезисного двигателя и двигателей с возбуждением от постоянных магнитов, показаны особенности процессов перемагничивания ротора гистерезисного двигателя при работе в составе электропривода. Сформулированы требования к сплавам, необходимым для применения в индукторах тяговых гистерезисных электродвигателей.
Бесплатно
Экономическое сравнение электропередач для связи Урал - Сибирь
Статья научная
Рассматриваются вопросы, связанные с реализацией межсистемной связи Урал - Сибирь. Представлены возможные варианты для решения данной задачи на примере сравнения различных способов электропередачи связи Урал - Сибирь: трёхфазная линия электропередачи 1150 кВ, четырёхфазная линия электропередачи 750 /√3 кВ и линия электропередачи постоянного тока ±750 кВ. Выполнено технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов строительства линий электропередачи по укрупнённым показателям с учетом географических и климатических условий региона и даны рекомендации по их реализации. Также на основе представленного технико-экономического расчета произведен анализ использования четырёхфазной электрической сети высоких и сверхвысоких классов напряжения в конкретных частях существующей энергосистемы, что необходимо для принятия правильных внестадийных (схемы развития объединенной энергосистемы и развития районных энергосистем) и проектных решений при возможном внедрении четырёхфазной электрической сети в Единую энергетическую систему России.
Бесплатно
Эксергетический пинч-анализ системы теплообмена в технологии переработки нефти
Статья научная
Статья посвящена вопросу термодинамической оптимизации установки первичной перегонки нефти одного из заводов России. Оптимизация осуществляется эксергетическим методом термодинамического анализа, который позволяет учитывать как количественные, так и качественные характеристики тепловых процессов. В исследовании используются принципы и правила пинч-анализа. Таким образом, в статье решается задача оптимизации системы теплообмена установки первичной переработки нефти с использованием метода пинч-анализа и эксергии. Целью статьи является повышение энергоэффективности за счет снижения эксергетических потерь в технологических процессах переработки нефти. Эксергетический пинч-анализ установки первичной перегонки нефти показал, что существующая система теплообмена не оптимальна. Далее предложены меры для оптимизации системы теплообмена установки. Эксергетический пинч-анализ позволяет более эффективно использовать энергию и ресурсы на НПЗ, что актуально на сегодняшний день.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований по изменению интенсивности частичных разрядов в изоляции действующих кабельных линий 6 кВ городских электрических сетей в зависимости от режимов работы и условий эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований на действующих электроустановках интенсивности и спектрального состава радиопомех в заземляющем проводнике силового кабеля напряжением 6 кВ. Теоретически оценена мощность, выделяемая в изоляции силового кабеля от действия магнитной составляющей электромагнитного поля на токи утечки в изоляции.
Бесплатно
Экспериментальное исследование компенсированного выпрямителя с векторным управлением
Статья научная
В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования компенсированного выпрямителя, управление выходными параметрами которого осуществляется с помощью включенного через вольтодобавочный трансформатор автономный инвертор напряжения. Построены регулировочные характеристики, осциллограммы токов и напряжений выпрямителя.
Бесплатно
