авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 5 ] --

8 fг Из графика 3 следует, что гололедные явле (10) ния оказывают значительное влияние на меха где Fотл – площадь поперечного сечения стенки ническую прочность ВЛ и в большинстве слу отложений, мм2, вычисляется по формуле чаев именно они являются причинами крупных ((d n + 2 bг ) 2 d п ) аварий. Критические значения толщины стенки Fотл =. (11) гололеда представлены в табл. 3.

Рис. 3. График зависимости тяжений проводов от толщины стенки гололеда без ветра и при фиксированной температуре воздуха tг = –5 °C Таблица Толщина стенки гололеда на проводах № варианта 1.1 1.2 1.3 2.1 3.1 3.2 3.3 3. а) Значения толщины стенки гололедных отложений без ветра при tг = –5 С b, мм 53 32 35 25 28 26 26 б) Значения толщины стенки гололедных отложений с ветром =8 м/с при tг = –5 С b, мм 53 32 35 25 27 25 26 4. Анализ ожидаемых гололедно-ветровых 7 (lрасч ) 2 Е = нагрузок 24 (.tг ) Тяжения Т возникающие в проводах с дей 1 (lрасч ) 2 E ствием на них ветра со скоростью = 8 м/с и = доп л.р. Е (tг t ), (13) отложений разной толщины bг = 0, 10, 20, 30, 24 (доп ) 40, 50 мм при фиксированной температуре воз l расч духа tг = –5 °C и плотностью отложений g0 = ((М 0 103 + g 106 Fотл )2 + Рv2 ) Ttг = = 900 кг/м3 (чистый гололед) рассчитаны по 8 fv,tг формулам (12)–(15).

(lрасч + 64 f vt ), (14) 7 (lрасч ) f = (м), (12) Рv = 106 C x 0, 25 Wv ( Fn + Fотл ). (15) 8.tг.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Графики тяжений проводов от толщины стенки гололеда приведены на рис. 4.

Рис. 4. График зависимости тяжений проводов от толщины стенки гололеда и воздействия ветра со скоростью = 8 м/с при фиксированной температуре воздуха tг = –5 °C вариантом строительства участка ВЛЭП явля Критические значения толщины стенок от ется первый вариант первой концепции, со сле ложений в виде чистого гололеда (b) при фик дующими параметрами ВЛ: марка провода сированной температуре воздуха tг = –5 °C AERO-Z 301-2Z, металлические многогранные представлены в табл. 3.

опоры ПС35-110ПУ-9, пролетное расстояние Из табл. 3 следует, что, вариант с провода сокращено на 50 %.

ми Aero-Z обеспечивает наибольшую механи ческую прочность по сравнению с другими, что БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК в дальнейшем, при эксплуатации линии, может 1. Правила устройства электроустановок. Седьмое из обеспечить высокую степень надежности ра- дание. – М.: НЦ ЭНАС, 2004.

боты ВЛ. 2. Кузнецов, П. А. Анализ ожидаемых механических нагрузок на провода (грозотросы) воздушных линий элек В ы в о д : анализ концепций безаварийной тропередачи в процессе их эксплуатации / П. А. Кузнецов, работы ВЛ в гололедно-ветровых условиях по- С. В. Аверьянов // Вестник СГТУ. – № 3, вып. 1, 2007. – казал, что наиболее механически устойчивым С. 131–140.

УДК 681.513. И. Ю. Рыбкина ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ Волгоградский государственный технический университет (e-mail: eltech@vstu.ru) Исследуются переходные процессы в линии с распределенными параметрами. Представлена переда точная функция по напряжению однородной цепной схемы. Рассмотрен вопрос о целесообразности z-моде лирования линии по аналитическому выражению непрерывной передаточной функции. Получена модель линии в виде дискретной передаточной функции.

Ключевые слова: переходные процессы, воздушные линии электропередачи, линия с распределенными параметрами.

The article analyzes transients in an overhead power transmission lines. Transients in a line with the distributed parameters are investigated. The model of a line in the form of discrete transfer function is presented.

Keywords: transients, overhead power transmission lines, line with the distributed parameters.

При расчете и проектировании энергетиче- линии электропередачи представляются как ских систем используются упрощенные модели объекты с сосредоточенными параметрами, что длинных линий. В общем случае воздушные значительно упрощает задачу анализа и вносит 98 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ погрешность в результаты расчетов [1]. Кроме замещения элемента линии с учетом взаимных того, при теоретическом моделировании таких междуфазных связей, изображенная на рис. 1.

линий вводится ряд допущений, что система является линейной, однородной и т. п. Упро щение схемы и принимаемые допущения вно сят погрешность, вполне приемлемую для ин женерных расчетов, но неудовлетворительную для проектирования релейной защиты и сис темной автоматики. Поэтому судить о физиче ском состоянии по результатам моделирования переходных процессов не представляется воз можным. Задача исследования переходных процессов заключается в том, чтобы выяснить, Рис. 1. Схема замещения трехфазной симметричной по какому закону и как долго будет наблюдать транспонированной линии с учетом взаимных связей ся заметное отклонение токов и напряжений от их установившихся значений.

В квазистационарных и переходных режи В настоящее время в энергетике использу мах цепи с распределенными параметрами ха ются цифровые системы управления, которые рактеризуются первичными и вторичными па описываются с помощью импульсных переда раметрами. К первичным параметрам длинной точных функций [2]. Такое представление линии, взятым на единицу длины линии, отно очень удобно для реализации программных и сятся: С0 – поперечная емкость между прямыми аппаратных средств управления. Очевидно, что и обратными проводами, L0 – индуктивность для разработки и проектирования цифровых петли, образованной прямыми обратным про систем управления необходимо представление водами, R0 – продольное активное сопротивле всех элементов энергетических систем на еди ние прямого и обратного проводов, G0 – попе ном языке, что позволит получать результаты речная активная проводимость утечки изоля анализа и синтеза, а именно алгоритмы управ ции между прямым и обратным проводами.

ления регуляторов в форме, удобной для реали При моделировании примем допущение: сис зации. В этом случае наиболее применимо тема линейна, а именно первичные параметры z-преобразование, позволяющее моделировать линии R0, L0, С0, G0 являются величинами по цифровые и непрерывные системы, искусст- стоянными и не зависящими от частоты. К вто венно приводя последние к квазидискретным. ричным параметрам относятся:

Для повышения точности необходимо умень- волновое сопротивление:

шать период дискретизации.

R0 + pL Рассматривая линию с распределенными ZC = (1) G0 + pC параметрами как однородную цепную схему, получено аналитическое выражение передаточ и коэффициент распространения:

ной функции (3), которое практически не ис ( p) = ( R0 + pL0 )(G0 + pC0 ).

пользуется в расчетах [3]. Это объясняется тем, (2) что данное выражение содержит гиперболиче Однородную длинную линию можно заме ские функции и имеет форму, неудобную для нить эквивалентной цепной схемой, разделив существующих методов анализа переходных линию длиной l на N одинаковых отрезков, ка процессов. Поэтому целесообразно рассмотреть ждый из которых имеет длину l0 = l N. Пере вопрос о z-моделировании линии по аналитиче даточная функция по напряжению однородной скому выражению непрерывной передаточной цепной схемы имеет вид [1]:

функции, потому что при ее дискретизации ги перболические функции можно выразить через U n ( p) (chx) z01 + (chx) 1 z () W ( p) = =, (3) экспоненциальные функции, а экспоненциаль- U1 ( p ) (chl ) z01 + (chx) 1 z () ные функции легко представить без потери где – матрица постоянных распространения точности с помощью z-переменной.

(для соответствующих волновых каналов), z01 – При исследовании переходных процессов волновое сопротивление нулевого канала, рав в линии с распределенными параметрами в ка ное zc / 3, x – расстояние от конца схемы.

честве исходной модели используется схема ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ При переходе от аналоговой передаточной Выразим гиперболические функции в вы функции к дискретной выполним замену аргу ражении (3) через экспоненциальные, в резуль мента p на z в выражениях ex, el. Для этого ис тате получим:

пользуем упрощенное выражение (5) и форму за ex ( z01 + 1 z () ) + ex ( z01 1 z () ) мены аргумента при дискретизации z = e pT :

W ( p) =. (4) el ( z01 + 1 z () ) + el ( z01 1 z () ) T Cpl el = e( Cp + D ) l = e T = Z q e Dl, (6) Рассмотрим численное моделирование пе- где q = Cl T, T – временной период дискретиза реходных процессов в длинной линии с помо ции. Заметим, что гиперболические функции щью z-форм. В литературных источниках [3] просто реализуются в области z-переменной, рассмотрены формулы для приближенного оп- причем без округлений и приближений. При ределения (j) и Z(j) в линии с малыми поте- дискретизации Z() использовался переход к рями (R0 /L0 1;

G0 /C0 1) в операторной z-изображению с помощью метода обратной форме записи они имеют вид: разности.

Выполнив преобразование по формуле (6) и 1 R G ( p) 0 + 0 L0C0 + p L0C0 = Cp + D. (5) подстановку в формулу (4), получим дискретную 2 L0 C0 передаточную функцию для однородной линии:

z 2 q + me 2 Dx + Dl ( z01 ( z ) + 1 z ( z ) ) + z me Dl ( z01 ( z ) 1 z ( z ) ) W ( z) =, (7) z 2 m + qe 2 Dl + Dx ( z01 (0) + 1 z ( z ) ) + z qe Dx ( z01 (0) 1 z ( z ) ) где m = Cx T.

линий. Причем цифровая модель очень удобна В результате перехода к дискретной модели для проектирования измерительных цифровых с помощью z-преобразования получили выра приборов. Кроме того, эта модель может быть жение передаточной функции (7), оригинал ко разделена на две части, одна из которых учиты торой определяется сравнительно просто с по вает запаздывание, а вторая – затухание. Имен мощью реккурентной формулы, данная модель но эти два эффекта положены в основу работы удобна для компьютерного анализа, а погреш рефлекторов.

ностью моделирования можно управлять изме нением временных и пространственных перио- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК дов дискретизации. Для определения длины 1. Рюденберг, Р. Переходные процессы в электро участка линии, на которой проводится модели- энергетических системах / Р. Рюденберг. – М.: Издатель рование, необходимо использовать выражение, ство иностранной литературы, 1955 – 714 с.

2. Шилин, А. Н. Численное моделирование переход полученное в результате дискретизации экспо- ных процессов в линиях с распределенными параметрами / ненциальной функции (6). А. Н. Шилин, О. А. Крутякова // Инновационные технологии Разработана модель передаточной функции в обучении и производстве: матер. V всерос. науч.-практ.

конф., Камышин, 2008. Т. 1/ КТИ (филиал) ВолгГТУ. – Ка линии в трехфазной системе с учетом влияния мышин, 2008. – С. 242–244.

соседних фаз. Разработанное уравнение являет- 3. Каганов, З. Г. Электрические цепи с распределен ся теоретической основой для проектирования ными параметрами и цепные схемы / З. Г. Каганов. – М. :

рефлектометров для диагностики воздушных Энергоатомиздат, 1990 – 248 с.

УДК 629.4.082. А. Н. Шилин, О. И. Карпенко АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Волгоградский государственный технический университет (e-mail: eltech@vstu.ru) Представлена активно-адаптивная модель расчета надежности для задачи среднесрочного планирования распределительных сетей. Приведены основные формулы и алгоритм расчета показателей надежности отдельных элементов электрических сетей.

Ключевые слова: активно-адаптивная модель, вероятность безотказной работы, частота отказов, время восстановления.

The article analyzes reliability parameters and calculation of reliability of Power Supply System. Models and algorithms of reliability of Power Supply System are presented.

Keywords: the active-adaptive model, probability of fault-free work, frequency of refusals, restoration time.

100 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ и учету технологических нарушений в работе Вопросы обеспечения надежности электро энергосистем, электростанций, котельных, снабжения, включая анализ причин его нару электрических и тепловых сетей». Структура шения, прогноз показателей, обоснование и представления данных рассчитана на ручную разработку мероприятий и средств повышения обработку. Эта форма не дает возможности надежности, сохраняют актуальность на всех сделать точный анализ текущего уровня на этапах развития энергосистем и объединений.

дежности и прогноз последующего состояния В настоящее время надежность систем электро системы. Поэтому основным инструментом для снабжения рассчитывают по упрощенной мо исследования процессов в энергосистемах яв дели весьма приближенно, так как показатели ляется цифровое математическое моделирова надежности берутся усредненные для всех об ние с помощью вычислительной техники.

ластей [1]. Но уровень аварийности существен Вследствие старения оборудования, изме но различается по регионам, поэтому все дан нения климата и структуры сети при разработке ные необходимо привязывать к определенному новых алгоритмов управления для создания ма объекту. В соответствии с тенденциями анализ тематической модели необходимо сопоставле надежности необходим для оптимального раз ние получаемых результатов с эксперимен мещения активов и анализа затрат и прибыли тальными данными. Очевидно, что для реше для инвестиций в развитие распределительных ния проблемы необходимо использовать систе сетей. На основе него проводится обоснование му с обратной связью, позволяющей адаптивно включения резервных линий, коммутационной реагировать на изменения показателей надеж аппаратуры, оптимального расположения дат ности. Представленная активно-адаптивная мо чиков аварийных режимов сети.

дель расчета надежности решает задачи сред Современный анализ надежности сети мо несрочного планирования распределительных жет применяться для различных процессов сетей. Программный комплекс находит реше проектирования и реконструкции объектов се ние с учетом оценки каждой единицы всего ти. Результаты анализа дают возможность при парка физических активов и оценки электриче нять во внимание влияние окружающей среды ской сети в целом как системы. Структура ин и особенности управления объектами сети, что формационного обмена между компонентами облегчает, например, процессы планирования.

программного комплекса приведена на рис. 1.

Результаты, анализа надежности могут быть Источником оперативных данных служат также использованы для оптимизации общего статистические данные об авариях и восстанов жизненного цикла затрат по всем компонентам лениях. Данные по оборудованию вводятся по сети.

средством диалогов с обеспечением проверки Для обеспечения единства исходных дан на достоверность. Расчетная схема и справоч ных о надежности первичная информация об ная информация (топология, базовый режим, отказе, в соответствии с существующей норма допустимые токовые нагрузки трансформато тивно-технической документацией, должна со ров и линий электропередачи в зависимости от держать определенные информационные при температуры окружающей среды, информация знаки: дату возникновения отказа или неис об установленных в энергосистемах трансфор правности;

общую наработку объекта с начала маторов с автоматическим регулятором возбу его эксплуатации до момента установления от ждения и так далее – вся условно постоянная каза (определения неисправности);

внешние информация) хранятся в базе данных, имеющей признаки и характер появления отказа или не исправности;

условия эксплуатации и вид рабо- открытый интерфейс.

ты, при которых был обнаружен отказ или ус- Применяемая системная платформа предла тановлена неисправность;

способ устранения гает пользовательский интерфейс. При анализе неисправности;

принятые или рекомендован- надежности сети применяются различные па ные меры по предупреждению возникновения раметры. Разработанный интерфейс системы отказов или неисправностей. Основными вида- позволяет настраивать эти параметры, изменять ми документации при сборе первичной инфор- их для улучшения возможностей изучения сети, мации об отказах элементов системы являются оперативно вводить все необходимые данные журналы, формуляры, карточки. В настоящее для уточненного расчета.

время сбор данных об авариях ведется по РД В результате анализа сети (например, за го 34.20.801-2000 «Инструкция по расследованию дичный период) определяются наиболее важ ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ные с точки зрения надежности участки сети. тия сети и планировать их изменение. Такие На основе полученной информации принима- исследования позволяют находить наиболее ются решения, например, о техническом об- эффективные стратегии развития сети.

служивании или ремонте. Другие функциональ- Алгоритм функционирования модели рас ные возможности системного решения позво- чета надежности распределительных сетей пред ляют изучать альтернативные стратегии разви- ставлен на рис.2.

Оболочка Подготовка исходных данных Отображение результатов в графическом и табличном виде Анализ допустимости режима запрос задание исходных ответ запрос ответ запрос на данных;

расчет результаты База данных Расчетные модули Источник Генератор распределений открытым оперативных Модуль расчета частоты отключений и интерфейсом: данных восстановлений структурных Расчетная схема Статистические данные элементов Справочные данные об авариях и ремонтах Модуль расчета надежности системы Результаты расчетов: Модуль формирования рекомендаций выбранные управляющие по повышению надежности воздействия Рис. 1. Структура информационного обмена между компонентами программного комплекса Постановка задачи.

Формирование структуры Генератор случайных чисел Задание параметров системы.

показательного Ввод начальных условий распределения и распределения Вейбулла Моделирование частоты отключений и восстановлений структурных элементов Справочные База данных данные с открытым Топология интерфейсом Моделирование взаимодействия структурных элементов Источник оперативных данных Формирование базы данных Построение результатов диаграмм эксперимента Анализ допустимости режима.

Формирование рекомендации по повышению надежности Рис. 2. Алгоритм функционирования активно-адаптивной модели 102 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ число наблюдений случайной величины долж Как показывают многочисленные данные но быть не менее 40.

анализа надежности большинства объектов тех Входными параметрами анализа надежно ники, в том числе и электроустановок, линеари сти являются значения частот отключений зованная обобщенная зависимость (t) пред компонентов сети. Частоту отключений опре ставляет собой сложную кривую с тремя харак деляют индивидуально для каждого компонен терными интервалами (приработка, нормальная та, основываясь на факторах окружающей сре эксплуатация, старение) [2]. Что соответствует ды и данных о надежности участка сети. Спра закону распределения Вейбулла. На интервале вочные показатели надежности адаптивно нормальной эксплуатации = const, что соот уточняются с помощью оперативной информа ветствует экспоненциальной модели распреде ции. Оценка надежности выполняется числен ления вероятности безотказной работы. При ными методами. Частоты отключений и вос рассмотрении задач резервирования можно становлений после аварии рассчитываются для пренебречь периодом приработки. Действи основного оборудования систем электроснаб тельно, перед вводом в эксплуатацию проводят жения: силового трансформатора, коммутаци достаточно жесткие приемо-сдаточные испыта онных аппаратов, воздушной линии электропе ния, выявляющие практически все внутренние редачи и шин. Каждая единица оборудования дефекты материалов и монтажа. В предлагае рассматривается как элемент, условно состоя мой модели предусмотрен генератор случай щий из двух последовательно соединенных ных чисел показательного распределения и рас элементов, в одном из которых могут появлять пределения Вейбулла на основе равномерного.

ся внезапные отказы, а в другом – постепенные.

Результаты статистической обработки ис Вероятность безотказной работы представляет пытаний существенно зависят от вероятност ся произведением вероятностей ных моделей безотказной работы и восстанов лений. Эти результаты могут приводить к заве- Ртр(t)=Рв(t)·Рп(t), (1) домо ошибочным выводам, если модель не от где Рв(t) и Рп(t) – соответственно вероятности ражает реальные процессы возникновения безотказной работы условных элементов, соот отказов и механизмы восстановления. Поэтому ветствующих внезапному и постепенному отка до решения основных задач апостериорного зу вследствие износа.

анализа надежности целесообразно сначала Параметр находится по формуле:

проверить, с помощью статистического крите рия согласия, на соответствие выбранного ап- = n, (2) риорного распределения эмпирическому рас xi пределению, построенному на основании дан- n ных проведенных испытаний. Исходными дан- где хср – среднее значение наработок на отказ.

ными, которые подвергаются обработке, Среднее время безотказной работы опреде являются время наработки на отказ, время на- ляется по формуле работки на восстановление и число отказов од- T1тр =. (3) нотипных элементов. После того, как такой ма- 1тр териал собран, его обработка позволяет устано Интенсивность восстановления определяет вить законы распределения показателей надеж ся по данным статистического ряда по формуле:

ности: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, среднее время наработ- тр = n. (4) ки на отказ и др. При определении или под zi тверждении закона распределения целесообра- n зен следующий порядок: подготовка опытных Во время расчета моделируется поведение данных;

построение гистограмм оцениваемого сети, учитывается среднее время восстановле количественного показателя надежности;

ап- ния поврежденного оборудования. Алгоритм проксимация гистограмм теоретическим зако- расчета приведен на рис. 3.

ном распределения и определение его парамет- Анализ оптимизации топологии осуществ ров;

проверка допустимости предполагаемого ляется с помощью графовой модели [3]. Ре закона распределения на основе использования зультатами являются диаграммы изменения во критериев согласия. Наиболее часто использу- времени (для визуализации результатов расче ется критерий 2 или критерий Колмогорова. та), частота, вероятность и средняя продолжи тельность перерывов подачи электроэнергии.

Для получения достаточно точных результатов ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Начало i=0;

iiNotk;

i++ Установка всех элементов в рабочее состояние Увеличение счетчика количества моделирования на Расчет интенсивности отказов узлов и линий Выбор закона распределения для времени до отказа и генерация его Расчет времени до наступления отказа Расчет условных интенсивностей отказов Розыгрыш отказавшего узла или линии Выключение отказавшего элемента Расчет времени восстановления по показательному закону Время восстановления времени до наступления отказа?

Нет Да Включение отказавшего элемента Определяем отказавшие пути Подсчет количества рабочих путей Нет Отказ системы Рабочие пути есть?

Да Пока не отказ Конец Рис. 3. Алгоритм моделирования взаимодействия структурных элементов БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Предложенная адаптивная система позволя ет более точно отражать процессы работы сис 1. Малкин, П. А. Об обеспечении надежности в элек темы с оценкой их надежности, из которой сле- троэнергетике / П. А. Малкин, В. А. Шлайфштейн // Элек дует первоочередность и порядок ремонта и трические станции. – 2010. – № 6. – С. 2–7.

модернизации системы, введение дополнитель- 2. Фокин, Ю. А. Оценка надежности систем электро снабжения / Ю. А. Фокин, В. А. Туфанов. – М.: Энергоиз ных резервных сетей и устройств, обоснование дат, 1981. – 224 с.

и снабжение информационно-измерительным 3. Оценка надежности систем с использованием гра системами (датчиками, сенсорами аварийных фов / под ред. И. А. Ушакова. – М.: Радио и связь, 1988. – режимов и каналами передачи данных). 208 с.

104 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 681.511. И. А. Коптелова, И. М. Силкин ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Волгоградский государственный технический университет (e-mail: shilina@yandex.ru) Приведена общая информация о роли систем поддержки принятия решений в управлении сложными технологическими процессами. Описан процесс выявления и устранения дефектов в работе силовых транс форматоров. Приведены основные критерии диагностики. Представлена экспертная система диагностирова ния дефектов силовых трансформаторов.

Ключевые слова: система поддержки принятия решений, экспертная система, силовой трансформатор, дефекты силовых трансформаторов, хроматографический анализ.

The general information on a role of systems of support of decision-making in management of difficult techno logical processes is resulted. Process of revealing and elimination of defects in work of power transformers is de scribed. The basic criteria of diagnostics are resulted. The expert system of diagnosing of defects of power trans formers is presented.

Keywords: system of support of decision-making, expert system, the power transformer, defects of power trans formers, chromatographic the analysis.

Основная фигура в управлении сложными боткой советов ЛПР о целесообразных воздей технологическими процессами, обладающая ствиях на управляемый процесс;

большими полномочиями, – диспетчер, или ли- – повышение эффективности СППР в значи цо, принимающее решение (ЛПР). ЛПР обычно тельной мере зависит от того, насколько автома работает в условиях большого объема посту- тизированы действия ЛПР, как оперативно он пающей для оперативного анализа информа- принимает требуемые управляющие решения.

ции, часть из которой может быть искаженной Решающая перечисленные задачи СППР, или неполной. Но возможности ЛПР не беспре- должна обладать знаниями о проблемной об дельны. Это обусловило применение ЭВМ в ласти, в которой эти задачи возникают, и алго сфере оперативно-диспетчерского управления ритмы, решения которых должны быть автома сложными технологическими процессами и тически синтезированы.

системами [3]. Специфика сложных систем не может не Наибольший эффект от такого применения оказывать существенного влияния на деятель можно получить в человеко-машинных систе- ность человека, управляющего ими. Для обес мах оперативной поддержки принятия реше- печения оптимального функционирования сис ний, в которых функции обработки информа- темы, а также правильного ответа системы на ции распределяются между человеком и ЭВМ. различные возникающие возмущения, челове При этом ЭВМ должна выполнять не только ку, выполняющему функции регулятора в этой традиционные функции сбора, хранения, пре- системе, необходимо решать ряд задач, среди образования и отображения поступающей ин- которых выделяются: планирование, контроль формации, но и выявлять ситуации, требующие и регулирование, диагностирование [3].

вмешательства ЛПР, а также выдавать ему ре- Силовой трансформатор является одним из комендации по управлению. важнейших элементов в энергосистеме, опре Одна из важнейших проблем, возникающих деляющих надежность электроснабжения. Его при проектировании систем поддержки приня- способность нести нагрузку зависит от состоя тия решений (СППР), проблема автоматизации ния отдельных узлов и отсутствия дефектов.

части функций ЛПР. Интерес к этой проблеме Особенности крупных силовых трансформато закономерен и определен следующими факто- ров высокого напряжения, в первую очередь – рами [3]: недоступность обмоток для прямого обследо – построение систем поддержки принятия вания, делают задачу контроля его состояния оперативных решений, согласующих различ- сложной.

ные аспекты управления, становится невоз- Одним из главных путей поддержания экс можным без автоматизации функций, связан- плуатационной надежности силовых транс ных с выявлением и анализом сложных ситуа- форматоров является организация эффективно ций, поиском причин таких ситуаций и выра- го контроля состояния работающего оборудо ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ вания. Выявление возникающих в работе де- Большинство развивающихся дефектов си фектов, их обнаружение на ранней стадии раз- ловых трансформаторов может быть определе вития, своевременное принятие правильных но посредством своевременного контроля со решений по ликвидации дефектов обеспечива- стояния трансформаторного масла. В качестве ют высокую готовность, сокращение времени эффективного средства ранней диагностики простоя, снижение затрат на ремонт, продление медленно развивающихся повреждений сило срока службы оборудования [5]. вых трансформаторов применяется метод хро Контроль оборудования в полном объеме с матографического анализа газов, растворенных применением всех известных методов диагно- в трансформаторном масле. В электроэнергети стирования, в том числе требующих отключе- ке хроматографический метод используется для ния оборудования, проводится лишь в исклю- определения наличия и концентрации опреде чительных случаях при выявлении значитель- ленных показательных газов, растворенных в ных изменений технического состояния элек- трансформаторном масле (рис. 1) [2].

трооборудования [4].

В большинстве практических случаев целе сообразный комплекс методов определяется экспертным путем на основании знаний о фи зических процессах в оборудовании с учетом накопленного опыта эксплуатации, анализа по вреждаемости, результатов контроля и ремонта.

Предпочтение отдается методам диагности рования, которые дают возможность организо вать контроль электрооборудования без его от ключения, под рабочим напряжением. Именно к таким методам относится хроматографиче ский анализ. Применение данного метода по зволяет снизить материальные затраты на про ведение измерений и вычислений без снижения вероятности распознавания дефекта [5]. Рис. 1. Процесс хроматографического анализа Рис. 2. Критерии диагностики При диагностике развивающихся дефектов Для повышения эффективности контроля в силовых трансформаторах по результатам развивающихся дефектов силовых трансформа анализа растворенных газов (АРГ) используют- торов была спроектирована экспертная систе ся следующие критерии: критерий граничных ма. Она может применяться для оценки техни концентраций, критерии отношений пар газов, ческого состояния трансформаторов в составе критерий скорости нарастания газов в масле предприятий электроэнергетического комплек (рис. 2) [2]. са. Систему можно использовать как непосред 106 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ственно для диагностики оборудования, так и ционного состояния трансформатора;

время для проверки правильности принятия решений следующего отбора пробы масла;

при наличии персоналом. Возможно использование системы дефекта: предполагаемый вид дефекта, список для обучения или тренировки работников рекомендованных мероприятий по дальнейше предприятий энергетического комплекса, ис- му техническому обслуживанию трансформа пользующих метод хроматографического ана- тора. Диаграмма вариантов использования про лиза для диагностирования трансформаторов. ектируемой системы представлена на рис. 3 [6].

Основная задача спроектированной систе- Ядром экспертной системы является база мы – на основе значений концентраций газов, знаний, в которой хранятся знания о признаках растворенных в трансформаторном масле, наличия дефекта, знания о видах и характерах сформировать протокол проведения хромато- дефектов, знания о мероприятиях по дальней графического анализа, а также при обнаруже- шему обслуживанию трансформатора. Рабочая нии дефекта выработать список мероприятий память предназначена для хранения исходных по дальнейшему техническому обслуживанию и промежуточных фактов решаемой в текущий трансформатора. момент задачи (в частности, для хранения зна Входной информацией для системы явля- чений информативных параметров). База дан ются данные о типе диагностируемого транс- ных трансформаторов служит для хранения форматора, значения концентраций растворен- данных о трансформаторах, их характеристиках ных в масле газов, а также информация об экс- и результатах проведенных анализов. Подсис плуатационных факторах трансформатора, ко- тема объяснения объясняет, как система полу торые могли вызвать увеличение или чила решение задачи и какие знания она при уменьшение концентраций газов при отсутст- этом использовала, что облегчает эксперту тес вии дефекта. тирование системы и повышает доверие поль Выходной информацией является протокол зователя к полученному результату [1].

проведения хроматографического анализа га- Выводимые данные – это заключение о на зов, растворенных в трансформаторном масле, личии дефекта, в виде предполагаемого дефек который включает в себя: диагноз эксплуата- та, периодичности следующего контрольного Рис. 3. Диаграмма вариантов использования системы ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ замера, рекомендациях по дальнейшему техни- 4) проверить состояние сорбента в воздухо ческому обслуживанию трансформаторов. очистителе;

При обнаружении дефекта система опреде- 5) проверить состояние маслонасоса;

ляет характер возможного дефекта из списка. 6) проверить возможность перетока (ото Вид дефекта уточняется при анализе основных брать одновременно пробы из бака трансфор (ключевых) и характерных газов. матора и бака переключателей);

Выводимыми данными экспертной системы 7) провести дегазацию масла;

будут: при отсутствии дефекта – сообщение о 8) поставить в известность соответствую том, что нет признаков, указывающих на нали щее подразделение предприятия;

чие дефекта в трансформаторе;

при обнаруже 9) проанализировать условия предшест нии дефекта – следующее множество меро вующей эксплуатации;

приятий по дальнейшему техническому обслу 10) сообщить на завод-изготовитель;

живанию трансформатора:

11) поставить трансформатор под контроль;

1) провести немедленный вывод трансфор 12) измерить потери холостого хода;

матора из работы;

13) провести химический анализ масла.

2) планирование вывода трансформатора из Шаблон главного окна системы представ работы;

3) провести учащенный контроль по АРГ;

лен на рис. 4.

Рис. 4. Главное окно экспертной системы 3. Башлыков, А. А. Экспертные системы поддержки при Экспертная система позволит повысить эф нятия решений в энергетике / А. А. Башлыков, А. П. Еремеев;

фективность контроля развивающихся дефек- под. ред. А. Ф. Дьякова. – М.: Изд-во МЭИ, 1994. – 216 с., ил.

тов силовых трансформаторов, без их вывода 4. Хренников, А. Ю. Основные методы диагностики из эксплуатации и выработать рекомендации по состояния электрооборудования для выявления дефектов и повреждений : учеб.-метод. пособ. / А. Ю. Хренников, дальнейшим испытаниям трансформатора.

О. А. Терешко. – М. : ИУЭ ГУУ, ВИПКэнерго, ИПКгос службы, 2005. – 52 с.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 5. Христинич, Р. М. Комплексная диагностика маслона 1. Джарратано, Дж. Экспертные системы. Принци полненных трансформаторов / Р. М. Христинич, А. Р. Хрис пы разработки и программирование / Джозеф Джарратано, тинич, Е. В. Христинич // Вестник КрасГАУ. – 2007. – Гари Райли. – 4-е изд. – М. : Вильямс, 2006. – 1152 с.

№ 3. – С. 222–227.

2. Методические указания по диагностике развиваю 6. Частиков, А. П. Разработка экспертных систем.

щихся дефектов трансформаторного оборудования по ре Среда CLIPS / А. П. Частиков, Т. А. Гаврилова. – СПб. :

зультатам хроматографического анализа газов, растворенных БХВ - Петербург, 2003. – 390 с.

в масле: РД 153-34.0-46.302-00. – М. : ВНИИЭ, 2001. – 28 с.

108 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621.318. В. И. Мошкин, Г. Г.Угаров К ВЫБОРУ ОСНОВНЫХ БАЗИСНЫХ РАЗМЕРОВ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Курганский государственный университет (e-mail: wimosh@mail.ru) В статье предложено решение задачи по определению оптимальных базисных геометрических размеров и их соотношений для магнитной системы импульсного линейного электромагнитного двигателя (ЛЭМД), используемого в приводе технологического оборудования, исходя из максимума интегральной работы на единицу объема двигателя, что позволяет облегчить расчет импульсного ЛЭМД на ранних этапах его проек тирования.

Ключевые слова: импульсные линейные электромагнитные двигатели, интегральная работа, магнитная индукция, радиус якоря, обмотка возбуждения.

In article the problem decision by definition optimum basic geometrical sizes and their parities for magnetic system pulse linear electromagnetic engine (LEME), used in a drive of the process equipment, proceeding from a maximum of integrated work on unit of volume of the engine that allows to facilitate calculation pulse LEME at early stages of its designing is offered.

Keywords: pulse linear electromagnetic engines, inte-gralnaja work, a magnetic induction, anchor radius, an ex citation winding.

Благодаря конструктивной простоте и на дежности линейные электромагнитные двига тели (ЛЭМД) используются в составе силового электромагнитного привода различного техно логического назначения. Одним из путей по вышения удельных энергетических показателей таких двигателей является оптимизация гео метрических размеров и их соотношений.

В качестве критерия определения опти мальных соотношений геометрических разме ров примем, как и в работах [1, 2, 3], максимум отношения интегральной работы двигателя Aи за цикл к объему его активных материалов VД.

В работах [3, 4] представлены результаты оп- Рис. 1. Расчетная конструктивная схема импульсного тимизации по указанному критерию, выражен- ЛЭМД с ферромагнитным направляющим корпусом:

1 – якорь (1.1 – втяжная часть, 1.2 – притягивающаяся часть);

2 – ста ные через радиус r1 втяжной части якоря, оп- тор (ярмо);

3 – обмотка;

4 – направляющий стержень (4.1 – верх ределены оптимальные соотношения параметра ний, 4.2 – нижний);

5 – фланец;

6 – направляющий корпус x = 1,5...1,6 и рекомендованы пределы варьиро По выбранному критерию оценки выразим вания относительной длины обмотки y от 2 до интегральную работу Aи ЛЭМД и объем его 4, где x = r2 / r1 ;

y = к / r1 ;

r2 и к – внешний ра активных материалов через электромагнитные диус и длина обмотки. В этих работах, однако, нагрузки и геометрические размеры, принимая рекомендации по выбору длины обмотки про те же допущения, что и в работах [1, 2, 3]: се тиворечивы, а по выбору радиуса якоря – от чение стали вдоль магнитной линии неизменно;

сутствуют, что затрудняет проектирование.

магнитопровод при рабочем зазоре = 0 насы Проведем обоснование оптимальных значе щен, при начальном зазоре = н –не насыщен;

ний длины обмотки и радиуса якоря ЛЭМД, режим работы ЛЭМД – повторно-кратковре обеспечивающих при заданных тепловом ре менный с относительной продолжительностью жиме обмотки и интегральной работе двигателя включения ПВ, когда температура обмотки дви наименьший объем его активных материалов.

гателя достигает ее заданного превышения ;

Расчетная конструктивная схема ЛЭМД с дву потоки рассеяния при нулевом зазоре отсутст мя рабочими зазорами и ферромагнитным на вуют;

ток во время движения якоря регулиру правляющим корпусом приведена на рис. 1.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ется устройством питания и управления (УПУ) * * * * H = B + B 5 + B 9 [2;

6]:

и соответствует допустимому превышению * * * температуры. ЛЭМД не может работать от Аи = 2 Вб r13 y 0 1 I max [ B к (1 q ) 0,5 н ], промышленной сети без УПУ, включаемого (3) между двигателем и сетью, поэтому с помощью - где 0 = 4·10 Гн/м;

y = lк r1 – относительная УПУ реализуется магнитный цикл, изображен длина обмотки;

ный на рис. 2.

* * * Bк * 0,5( + Вк4 / 3 + Вк / 5) * * * q = ( H d B) /( Bк Н к ) = ;

* * + В + В 4 к к * Вк, H к – значения индукции и напряженности магнитопровода, соответствующие точке 4 на рис. 2;

,, – коэффициенты аппроксимации.

Используя уравнение теплового баланса Ньютона [1, 2, 3, 6], определим допустимую МДС с учетом продолжительности включения ПВ w I = К т kзм Sохл Sок /( ПВ ср ), (4) Рис. 2. Магнитный цикл работы ЛЭМД где К т, kзм – коэффициенты заполнения и теп Согласно [2, 3] интегральная работа ЛЭМД лоотдачи (эквивалентный) обмотки;

Sохл, Sок – определяется по его магнитным характеристи- поверхность охлаждения ЛЭМД и сечение окна кам и для цикла на рис. 2 приближенно выгля- намотки;

– удельное сопротивление мате дит так:

риала провода при превышении температуры ;

к w, ср – число витков и средняя длина витка Id 0,5I Аи = к I = н обмотки.

к Уравнение (3) имеет структуру, что и ос Id новное расчетное уравнение для других типов = I н [ ] 0,5 I н, (1) электрических машин [5;

6]. Оно позволяет при к I фиксированных значениях режимных и конст где к, н – потокосцепления ЛЭМД, соот- руктивных параметров ЛЭМД оценить его раз меры по заданной величине интегральной ра ветствующие точкам 2 и 4 на рис. 2 для рас боты. Выразим Sохл, Sок, ср через размеры сматриваемых положений якоря.

Введем следующие относительные величи- расчетной конструктивной схемы (рис. 1):

ны [2, 3], приняв за базисные радиус r1 (рис. 1) Sохл = 2 r12 '[ y ( x + 1) + x 2 1];

Sок = r12 y ( x 1);

и значение магнитной индукции Bб = 1 Тл:

ср = r ( x + 1), * * * B / Вб = В;

/ б = ;

Н / Н б = Н ;

где ' – эмпирический коэффициент, учиты вающий условия теплоотдачи. Используя при * * I max / I б = I max ;

е / r1 = e и т. д., веденные выражения и учитывая равенство (4), где В, Н – значения индукции и напряженности окончательно получим:

магнитного поля в магнитопроводе;

* – указывает * * Аи = r17 / 2 yBб а1b1[ Вк (1 q) 0,5 н ], (5) на средние значения параметра. Тогда выражение (1) с учетом этих соотношений примет вид: где a1 = 2 K т kзм '/( ПВ );

* к * b1 = ( x 1)[1 + ( x 1) / y ].

* Id Допустимая плотность тока j в обмотке * * * Аи = б I max I б [ к (1 ) 0,5 н ]. (2) * * a1b к I max j =. (6) kзм ( x 1) r Выразим входящие в (2) величины через параметры ЛЭМД из закона полного тока при Используя последнее равенство, выразим ин зазоре = 0 и при аппроксимации кривой на- тегральную работу ЛЭМД через его геометриче ские размеры и электромагнитные нагрузки:

магничивания стали полиномом вида 110 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Объем активных материалов двигателя [2, 3] * * Аи = r14 Bб j y ( x 1)kзм [ Вк (1 q) 0,5 н ]. (7) * VД = r13 ( x 2 + 1)( y + 2 e). (8) Сравнительный анализ выражений (5) и (7) показывает, что интегральная работа в значи- * Тогда для размера фланца e = 0,5 (рис. 1) тельной степени определяется радиусом якоря, получим интегральную работу ЛЭМД на так как с ростом последнего увеличиваются по единицу объема двигателя в виде критерия верхности взаимодействия и объем рабочих за оценки зоров ЛЭМД.

* * r В а ( В (1 q ) 0,5 н ) ( x 1)(1 + ( x 1) / y ) A V = и = 1 б 1 к. (9) ( x 2 + 1)(1 + 1/ y ) VД Для анализа оптимальной геометрии удобно Из анализа рис. 3 следует, что для x =1, использовать следующее безразмерное выра- удельная интегральная работа увеличивается жение как с ростом радиуса якоря, так и с ростом дли ны обмотки. Более крупные ЛЭМД обладают ( x 1)(1 + ( x 1) / y ) V =, (10) лучшими удельными энергетическими показа ( x 2 + 1)(1 + 1/ y ) k' телями, что согласуется с теорией электриче полученное делением (9) на ских машин [5].

* * k ' = r1 Вб а1 ( Вк (1 q) 0,5 н ).

Анализ формулы (10) показывает, что мак симум критерия V k ' при r1 = const соответст вует диапазону x = 1,5...1,7 при изменении дли ны у = 1,5...5,0, что согласуются с результатами, приведенными в работах [1, 3]. При изменении параметра x от 1,4 до 3,5 максимум критерия V относительно длины у существует при ее срав нительно больших значениях. Такое изменение V ( y ) при x = const обусловлено тем, что объем активных материалов в своем росте опережает интегральную работу, а именно: объем VД со гласно (8) растет линейно относительно длины у, а работа Aи согласно формулам (5) и (7) – в Рис. 3. Зависимости удельной интегральной работы V/k" степени, несколько меньшей единицы. Результа- * ты теоретического анализа зависимости V от от относительного радиуса якоря r1 при x = 1,5, y = const длины обмотки подтверждаются эксперимен Таким образом, критерий V при указан тальными исследованиями [7].

Для анализа критерия V в зависимости от ных оптимальных значениях х не имеет опти мума по относительной длине y обмотки радиуса якоря r1 представим формулу (9) в без ЛЭМД. Следовательно, пользоваться выраже размерной форме. Приняв за аргумент отноше ниями (5) и (7) для нахождения базисного раз * ние r1 = r1 / r1Б, где r1Б – базисное значение ра- мера радиуса якоря в отрыве от длины обмотки y нельзя. Чтобы найти оптимум по параметру y, диуса якоря, используем следующее выражение:

введем дополнительное ограничение на крите * r ( x 1)(1 + ( x 1) / y ) V рий V. Оно заключается в том, что на этапе =1, (11) ( x 2 + 1)(1 + 1/ y ) k '' оптимизации величина интегральной работы предполагается неизменной и заданной при * полученное делением (9) на k '' = k '/ r1. проектировании. Определим длину обмотки из указанных условий. Для этого выразим из (7) На рис. 3 представлены зависимости удель относительную длину y, полагая допустимую ной интегральной работы по формуле (11) при плотность тока j заданной:

длине обмотки у = const и x = 1,5.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ лов. Приведенный анализ позволил установить Aи y=, (12) по заданной при проектировании интегральной r Bб j ( x 1) kзм b работе соотношения между основными разме * * где b2 = Вк (1 q) 0,5 н. рами ЛЭМД. Они позволяют найти оптималь ные значения радиуса якоря и длины обмотки, После подстановки выражения (12) в фор которые, являясь базисными геометрическими мулу (8), выразим объем активных материалов параметрами электромагнитного двигателя [6], * двигателя для размера фланца e = 0,5 [2]: обеспечивают минимальный объем активных материалов двигателя при заданном тепловом Aи VД = ( x 2 + 1) r13 +. (13) режиме.

r1 Bб j ( x 1) kзм b БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Исследовав функцию VД по выражению (13) на минимум по r1, получим оптимальное 1. Львицын, А. В. Оптимальная геометрия и методика значение радиуса якоря ЛЭМД: расчета приводных цилиндрических электромагнитов по стоянного тока с притягивающимся якорем / А. В. Льви Aи r1опт = 4. (14) цын, Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров, В. В. Шамаро // Не 3 Bб j ( x 1) kзм b2 нормальные режимы и борьба с ними в электрических системах. – Саратов: Изд-во СПИ, 1977. – Вып. 1. – Если полученное значение радиуса якоря С. 120-126.

подставить в выражение (12), то получим оп- 2. Мошкин, В. И. Импульсные линейные электромаг тимальное значение относительной длины об- нитные двигатели с регулируемыми выходными парамет мотки рами: дис.... канд. техн. наук / В. И. Мошкин. – Новоси бирск: ИГД СО РАН. 1992. – 177 с.

yопт = 3. (15) 3. Ряшенцев, Н. П. Электромагнитные прессы / Н. П. Ря Следует отметить, что реализованная на шенцев, Г. Г. Угаров, А. В. Львицын. – Новосибирск:

Наука. Сиб. отд-ние, 1989. – 160 с.

практике гамма ЛЭМД для прессового обору 4. Федонин, В. Н. Определение оптимальных геомет дования рассматриваемого типа согласно [3] рических соотношений цилиндрических электромагнитов имеет относительную длину y, которая варьи- с двумя рабочими зазорами / В. Н. Федонин, Г. Г. Угаров, руется от 2,7 до 3,15. В случае, когда плотность А. В. Львицын, В. Ю. Кожевников // Электрификация сель тока не задана, расчетный радиус якоря опре- скохозяйственного производства. – Саратов: Изд-во СПИ, делим из выражения для интегральной работы 1979. – Вып. 124. – С. 77–85.

5. Бут, Д. А. Бесконтактные электрические машины:

(6), приняв для b1 значение y по (15). В итоге учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. / Д. А. Бут. – М.: Высш.

получим базисный геометрический параметр шк., 1990. – 415 с.

ЛЭМД:

6. Нестеров, Е. В. Определение базовых геометриче ских параметров вентильно-индукторного двигателя об Аи r1 = 7. (16) ращенной конструкции / Е. В. Нестеров // Электричество, 3 Вб a1b1b2 2006. – № 5. – С. 63–65.

7. Кудряш, И. А. К выбору длины обмотки линейных В результате выражения (14) и (15) при электромагнитных двигателей с комбинированным яко принятых выше допущениях позволяют полу рем и двумя рабочими воздушными зазорами / И. А. Куд чить оптимальные значения радиуса якоря и ряш, М. А. Теребенин, Г. Г. Угаров // Электромагнитные длины обмотки, при которых ЛЭМД будет импульсные системы. – Новосибирск: ИГД СО АН СССР, иметь минимальный объем активных материа- 1989. – С. 89–93.

Часть III I. ОБЗОРН ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ УДК 621.314.58:622. И. И. Артюхов, И. И. Аршакян, Р. Ш. Тарисов, А. А. Тримбач ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА НА ВЫХОДЕ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА Саратовский государственный технический университет (e-mail: epp@sstu.ru) Применяемая в настоящее время технология поддержания заданного значения температуры комприми рованного газа основана на дискретном изменении расхода воздуха путем включения (отключения) венти ляторов в сочетании с сезонной регулировкой угла установки лопастей. Эта технология имеет ряд сущест венных недостатков. Оптимизация режима работы аппаратов воздушного охлаждения, эксплуатируемых в условиях резко континентального климата, может быть достигнута за счет частотного регулирования произ водительности вентиляторов.

Ключевые слова: температура газа, аппарат воздушного охлаждения, частотное регулирование.

Compressed gas cooling technology widely applied nowadays, based on discrete change of air consumption due to switching-on / switching-off fans in a combination with the seasonal adjustment of fans' blades corner «attack», has a number of essential lacks. Gas devices operating mode optimization maintained in conditions of sharply continental climate can be achieved due to the frequency regulation of fans productivity.


Keywords: Gas temperature, air cooling device, frequency regulation.

При транспортировке природного газа про- бопроводов, способных привести к их разру исходит снижение его давления из-за гидрав- шению;

лического сопротивления магистрального газо- • глубокое оттаивание грунта в районах провода (МГ). Для поддержания заданного дав- Крайнего Севера, где расположены значитель ления в магистрали производится компримиро- ные по протяженности участки газопроводов, вание газа на компрессорных станциях (КС), грозящее экологическими проблемами.

которые сооружают на трассе газопровода че- Для устранения этих негативных факторов рез каждые 100–120 км. КС МГ оснащают установками охлаждения газа В процессе компримирования газа происхо- (УОГ), состоящими из определенного количе дит увеличение его энтальпии на выходе из на- ства аппаратов воздушного охлаждения (АВО) гнетателей, и при больших объемах перекачки [1]. В состав УОГ обычно входит от 10 до 16 АВО газа эта величина значительно больше, чем ко- с двумя или более электроприводными вентиля личество тепла, которое может рассеяться в торами. Широкое распространение получили грунт через стенки трубопроводов. Несоблюде- УОГ нагнетательного типа, построенные на ос ние температурных режимов имеет следующие нове АВО типа 2АВГ-75. Вентиляторы этой ус негативные последствия: тановки расположены под теплообменными • разрушение теплоизоляционного покры- секциями и приводятся в движение электродви тия трубопроводов;

гателями серии ВАСО мощностью 37 кВт.

• уменьшение плотности транспортируемого Мощность, потребляемая электродвигателя газа и, как следствие, значительное уменьшение ми УОГ одного компрессорного цеха, составляет пропускной способности газопровода, вызывает сотни киловатт, что оказывает существенное увеличение гидравлических потерь и требует влияние на структуру электропотребления КС существенного увеличения мощности, расхо- МГ, особенно с приводом нагнетателей от газо дуемой на привод нагнетателей, для обеспече- турбинных двигателей. На таких предприятиях ния необходимых объемов транспорта газа;

ежегодный расход электроэнергии на охлаждение • увеличение, сверхрасчетных, продольных компримированного газа составляет 60–70 % и температурных напряжений и деформаций тру- более энергопотребления, расходуемого на то ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ляторов АВО в зимний период, когда с пони варно-транспортную работу. На предприятиях жением среднесуточной температуры увеличи транспорта газа эксплуатируются свыше шести вается плотность воздуха и не требуются мак тысяч УОГ различных типов и производителей.

симально возможные скорости обдува тепло Таким образом, повышение эффективности рабо обменных секций. Эти операции являются ты УОГ является важным фактором экономии трудоемкими и травмоопасными;

топливно-энерге-тических ресурсов и снижения • даже при тщательной сезонной настройке себестоимости транспорта газа [2].

углов установки лопастей в годовом цикле экс На сегодняшний день в большинстве случа плуатации существует возможность недогрузки ев степень охлаждения газа регулируется путем вентиляторов по мощности, связанная с перио изменения числа работающих вентиляторов дическими (суточными) и апериодическими в составе УОГ [3]. Этот способ регулирования (метеорологическими) изменениями темпера (далее – дискретное регулирование), несмотря на свою кажущуюся простоту, имеет ряд не- туры наружного воздуха;

достатков: • наблюдается негативный эффект от ре • периодические пуски / остановы асинхрон- циркуляции теплого воздуха через секции АВО ных двигателей отрицательно сказываются на с отключенными вентиляторами, что приводит их ресурсе, вследствие большой величины пус- к снижению суммарного теплового КПД УОГ;

ковых токов и высоких динамических нагруз- • при отключении части вентиляторов теп ках в период разгона вентилятора;

лообменная поверхность, расположенная над • управление вентиляторами УОГ требует ними, практически исключается из работы.

постоянного внимания оператора, которому не- Альтернативой дискретному регулированию обходимо, с одной стороны, выдерживать с мак- является одновременное плавное регулирование симально высокой точностью заданную темпе- производительности всех вентиляторов УОГ [4].

ратурную уставку, а с другой, избегать чрез- При этом возможны два способа реализации мерно частого включения / отключения венти- плавного регулирования. Можно, например, при ляторов;

постоянной частоте вращения вала двигателя из • при автоматизации процесса дискретного менять угол атаки лопастей. Однако такие систе регулирования и комплектовании его системой мы достаточно сложны в изготовлении и обслу плавного пуска электродвигателей вентилято- живании. Более перспективным является приме ров, позволяющей снизить значения пусковых нение преобразователей частоты (ПЧ) на основе токов, перечисленные недостатки можно счи- IGBT, которые позволяют изменять частоту тока тать неактуальными, однако громоздкая элек- и величину напряжения на статорных обмотках тросхема с большим количеством силового ком- асинхронных электродвигателей и, следователь мутационного оборудования снижает надеж- но, частоту вращения вала вентиляторов на валу ность такой системы;

этих двигателей. При этом КПД современных ПЧ • требуется дважды в год переставлять уг- достаточно высок и достигает 97 %.

лы атаки лопастей вентиляторов АВО с «зим- Структурная схема системы стабилизации него» на «летний» и обратно. Данная операция температуры газа с частотно-регулируемым элек необходима для «разгрузки» двигателей венти- троприводом вентиляторов показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема системы стабилизации температуры газа с частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения 114 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Стабилизация температуры газа за счет час Температура компримированного газа Т ВЫХ тотного регулирования производительности после УОГ должна иметь значение, определен вентиляторов УОГ позволяет получить следу ное технологическим регламентом. Однако из ющие преимущества:

менения входной температуры газа Т ВХ, его • существенная (свыше 40 %) экономия элек массового расход GП, термического сопротив трической энергии по сравнению с дискретным, ления RЗ, и температуры окружающей среды или дискретно-порядным способами регулиро В1 приводят к отклонению Т ВЫХ от заданного вания;

• обеспечение автоматического (без вмеша значения. При этом указанные возмущающие тельства оператора) поддержания заданной воздействия имеют различные скорости изме температуры газа на выходе УОГ с высокой нения. Самые медленные возмущения обуслов точностью (не хуже ±0,5 °С);

лены изменением загрязненности поверхности • обеспечение устойчивости системы регу теплообменных секций. Наиболее высокую лирования во всем диапазоне возможных частоту изменений имеют колебания темпера внешних условий (адаптивность);

туры воздуха В1.

• возможность создания единой магистраль Требуемое значение температуры газа Т ВЫХ ной системы поддержания максимально-эффек на выходе УОГ обеспечивается за счет измене- тивной температуры транспортирования газа;

ния массового расхода охлаждающего воздуха • возможность в реальном режиме времени G В, которое определяется суммой массовых определить состояние теплообменных поверх расходов охлаждающего воздуха, создаваемых ностей отдельных аппаратов УОГ и принять вентиляторами. Производительность последних необходимые меры, при необходимости, к вос зависит от частот вращения k рабочих колес становлению их заданных характеристик;

вентиляторов, углов атаки лопастей k, а так- • широкий диапазон регулирования степени охлаждения газа в УОГ (от наиболее эконо же температуры воздуха В1.

мичного режима с минимально возможным Сигнал с датчика температуры газа сравни расходом электроэнергии до режима макси вается с сигналом задатчика. Полученная раз мально возможного охлаждения газа);

ность сигналов Х = Х 0 Х подается на вход • обеспечение плавного разгона и подхвата регулятора, который с помощью сигнала U УПР вентиляторов без пусковых забросов по току задает частоту f k и напряжение U k на выходе с программируемой длительностью времени разгона (длительность разгона зависит от пара преобразователей частоты ПЧ1…ПЧN. Если в метров мехатронной системы «электродвига силу каких-либо причин температура газа на тель–вентилятор»);

выходе УОГ отличается от заданного значения, • продление срока службы всех электродви то регулятор так изменяет частоту f k и напря гателей УОГ за счет одинаковой их наработки жение U k, чтобы за счет изменения частоты и снижения средней частоты вращения роторов;

вращения k и соответствующего изменения • исключение операций по сезонной переус расхода воздуха, создаваемого вентиляторами, тановке угла атаки рабочих колес вентиляторов;

температура Т ВЫХ стремилась к заданному зна- • исключение негативного эффекта рецир куляции теплого воздуха;

чению.

• использование встроенной в ПЧ системы В общем случае каждый вентилятор может диагностики для анализа состояния обмоток вращаться со своей частотой k. Однако, как по электродвигателя и кабельных соединений, а казали результаты экспериментальных исследо также вывода из работы по одному вентилятору ваний, проведенных совместно со специалиста для их ремонтно-технического обслуживания.

ми ЗАО «Гидроаэроцентр» (г. Жуковский Мос Таким образом, рассматриваемая система ковской области), для повышения эффективно является адаптивным инструментом, позво сти процессов теплообмена в секциях УОГ ляющим экономично и в широких пределах должна быть исключена турбулентность охлаж плавно и с необходимой точностью регулиро дающего «ветрового поля» [5]. Для этого все вать степень охлаждения газа в УОГ и, следо вентиляторы УОГ необходимо вращать с одина вательно, полноценно решать задачу оптимиза ковой частотой, величина которой определяется ции расходов на транспортировку газа.


создаваемым регулирующим воздействием.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ На рис. 2 представлены экспериментальные Дополнительным источником повышения (по результатам измерений в цехе № 10 КС-20 эффективности частотно-регулируемого приво Комсомольского ЛПУ МГ OOO «Газпром да УОГ является повышение теплового КПД трансгаз Югорск») и расчетные кривые изме- АВО, входящих в состав УОГ. Повышение теп нения температуры газа в зависимости от по- лового КПД может быть достигнуто за счет мо требляемой мощности. Некоторое расхождение дернизации отдельных аэродинамических эле расчетных и экспериментальных кривых при ментов АВО (применение высокоэффективных малых мощностях (низких частотах вращения композитных рабочих колес, диффузоров и т. д.), вентиляторов) связано с понижением КПД регулярной чистки наружных и внутренних по электродвигателей при работе на низких оборо- верхностей АВО. В то же время без примене тах и дополнительным (до 1–1,5 кВт на двига- ния частотно-регулируемого привода данные тель) потреблением электрической мощности меры не всегда эффективны. УОГ с высокими непосредственно преобразователями частоты. тепловыми характеристиками при реализации Из представленных графиков видна значитель- задачи поддержания температуры газа на выхо ная экономия электроэнергии при частотном де путем дискретного регулирования будет вы регулировании по сравнению с дискретным ре- нуждена значительную часть времени работать гулированием отключением части электродви- в режиме неполной мощности и непроизводи гателей. тельно расходовать электроэнергию на обдув части теплообменной поверхности.

Температура, град.

БИБЛИОГРАФИЧЕКСИЙ СПИСОК 1. Степанов, О. А. Охлаждение газа и масла на ком прессорных станциях / О. А. Степанов, В. А. Иванов. – Л.:

Недра, 1982. – 143 с.

2. Аршакян, И. И. Повышение эффективности работы установок охлаждения газа / И. И. Аршакян, А. А. Трим бач // Газовая промышленность. – 2006. – № 12. – С. 52–55.

3. Аршакян, И. И. Динамические режимы в системах электроснабжения установок охлаждения газа / И. И. Ар Мощность, кВт шакян, И. И. Артюхов. – Саратов: СГТУ, 2004. – 120 с.

Рис. 2. Изменение температуры газа на выходе УОГ в зави- 4. Маланичев, В. А. Разработка и модернизация венти симости от потребляемой мощности при частотном и дис- ляторных блоков аппаратов воздушного охлаждения / кретном алгоритмах управления В. А. Маланичев, О. Л. Миатов, А. М. Типайлов // Хими ческая техника. – 2004. – № 2. – С. 21–24.

Эффективность применения системы с час- 5. Аршакян, И. И. Опыт создания и эксплуатации сис тотным регулированием производительности темы стабилизации температуры газа с частотно-регу вентиляторов получила подтверждение во вре- лируемым электроприводом вентиляторов аппаратов воз душного охлаждения газа / И. И. Аршакян, А. А. Тримбач, мя проведения приемочных комиссионных ис И. И. Артюхов // Проблемы электроэнергетики: сб. науч.

пытаний путем сравнения затрат электроэнер тр. – Саратов: СГТУ, 2008. – С. 55–64.

гии на охлаждение газа за длительный период 6. Аршакян, И. И. К вопросу об эффективности час времени компрессорных цехов с дискретным и тотного управления вентиляторами установок охлаждения частотным регулированием УОГ, эксплуати- газа / И. И. Аршакян, Е. В. Устинов, И. И. Артюхов // руемых в примерно одинаковых технологиче- Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. – Саратов:

ских режимах. СГТУ, 2010. – С. 27–33.

116 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 674.047. А. Н. Шилин, А. В. Стрижиченко ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ КОНВЕКТИВНОМ НАГРЕВЕ Волгоградский государственный технический университет Московский энергетический институт (ТУ) филиал в г. Волжском (e-mail: eltech@vstu.ru) Разработан алгоритм численного анализа совместно протекающих процессов теплопроводности и вла гопереноса при конвективной сушке плоского влагосодержащего образца на примере древесины сосны. Раз работанное программное обеспечение позволяет рассчитывать величину механических напряжений в мате риале, затраты тепловой энергии на проведение процесса сушки и соответственно выбирать режим.

Ключевые слова: нестационарный тепло- и влагоперенос, сушка.

The software and algorithm of the numerical analysis of in common proceeding processes of heat conductivity and mass transfer is developed at convective drying flat damp the sample on an example of wood of a pine. The developed software allows to count size of mechanical pressure in a material and expenses of thermal energy for drying process.

Keywords: heat and mass transfer, drying.

Сушка представляет собой обязательное и Россия – самая богатая страна мира по объ очень важное звено в технологическом процес ему природного запаса древесины. Но при ко се обработки древесины. Являясь одним из са лоссальной возможной расчетной величине лес мых энергоемких процессов в промышленно ных запасов величина годового объема заготов сти, в деревообработке она является еще и са ки деловой древесины составляет 93 млн. м, а мым ответственным этапом, так как от ее каче производства пиломатериалов – около 21 млн. м.

ства зависит долговечность изделия в целом.

Относительная доля этой группы товаров в об Исследовать процессы сушки в настоящее щем годовом объеме экспорта России не пре время можно численно с применением матема вышает 3,5 %. Россия значительно уступает ве тического моделирования. Особое внимание дущим странам-экспортерам лесопромышлен следует уделить нестационарному периоду ной продукции, причем не только США (в 5 раз) сушки, во время которого температура и влаго и Канаде (в 7,5 раз), но и безлесным (в сравне содержание изменяются сложным образом. Не нии с Россией) скандинавским странам: Шве смотря на то, что существенного изменения ции (в 4 ра-за) и Финляндии (в 3,6 раза). Это влажности по объему влагосодержащего образ связано с преобладанием в структуре экспорта ца в этот период не происходит из-за его не лесопродукции из России круглых лесомате большой длительности (не более 10 % от об риалов (50 %) и полуфабрикатов сравнительно щей продолжительности сушки), однако имен невысокого качества (34 %). Проблема катаст но этот период характеризуется повышенными рофического отставания в развитии лесопро значениями градиентов температуры и влажно мышленного комплекса связана с отсутствием сти, которые могут привести к таким необра технологий для первичной переработки древе тимым механическим изменениям в материале, сины в местах ее заготовки, в частности, сушки как коробление и растрескивание [2].

пиломатериалов до транспортной влажности [1].

Наиболее распространены по территории Математическая модель России хвойные породы (сосна, ель). Примене- для расчета полей температуры и влажности ние древесины сосны в качестве материала для Расчет полей температуры t [C] и влагосо изделий обусловливается относительно про- держания [кг/кг] в пластине проводим при стой и быстрой ее сушкой. следующих допущениях:

В целом по стране в настоящее время объемы – толщину пластины 2d считаем малой по переработки круглых лесоматериалов таких по- сравнению с размерами пластины в других на род, как дуб, бук, ясень, орех, сравнительно неве- правлениях;

лики. Во многом это объясняется такими трудно- – интенсивность теплообмена поверхности стями, как большая продолжительность процесса пластины с набегающим потоком воздуха в ка сушки, а также обеспечение качественной сушки ждый момент времени считаем постоянной соответствующих пиломатериалов. вдоль всей поверхности;

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ – считаем скорость и относительную влаж- критерий фазового превращения, am – коэффи ность воздуха в каждый момент времени посто- циент диффузии влаги [м/с], – коэффициент янными вдоль всей поверхности материала и термодиффузии [1/°C].

равными их средним по поверхности значениям. Граничные условия:

– все древесные волокна пространственно x = 0:

ориентированы в одну сторону;

Данные допущения позволяют существенно t (tВ tПОВ ) r (1 ) Д П jмас = ;

(3) упростить алгоритм численного исследования, x не затрагивая сути интересующих нас явлений.

t При таких условиях искомые функции бу Д П jмас = am ( + ). (4) дут зависеть только от координаты x и време- x x ни, то есть t = t(x, ) и = (x, ).

В связи с трудностью определения коэффи На величину влагопроводности материала циента массоотдачи с поверхности тела на ос при отсутствии градиента общего давления нове уравнений, предложенных в [2], [3], [4], влияют следующие факторы:

[5], были скомбинированы граничные условия с – градиент влажности;

применением коэффициента влагообмена.

– градиент температуры.

jмас = m п (п р ) – плотность потока пара Свойство древесины перемещать влагу под с поверхности, кг/(м·с), где m – коэффициент действием градиента температур называется термовлагопроводностью. Если одна зона дре- влагообмена, м/с, полученный в [4];

Д П – кри весины нагрета сильнее, чем другая, то в мате терий поверхностного испарения, который учи риале возникает интенсивный поток влаги от тывает такие реальные свойства конкретного более горячих зон к более холодным. Термо материала, как пористость материала и отно влагопроводность в древесине позволяет учесть шение диффузионных сопротивлений погра коэффициент термодиффузии [3].

ничного слоя и устьев капилляров с учетом дей Термовлагопроводность древесины необ ствительного проходного сечения для пара [5].

ходимо учитывать при проведении сушки. Условия симметрии:

Так, в начальный период процесса при прогре t ве древесины влага, находящаяся в наружных x=d: (d, ) = 0;

(d, ) = 0.

зонах, нагревается сильнее, чем во внутрен- x x них, и это вызывает движение ее снаружи Коэффициент теплопроводности материала внутрь. Если при этом не замедлить влагоот рассчитывался как функция двух переменных дачу с поверхности, то наружные слои пересо = (t, ).

хнут и могут растрескаться. Поэтому прогре В качестве метода получения дискретных вать древесину нужно обязательно при высо аналогов был применен метод контрольного кой относительной влажности воздуха в су объема. Решение дискретных аналогов полу шильном пространстве, чтобы свести влаго чено с помощью алгоритма трехдиагональной отдачу к минимуму.

матрицы TDMA (Tri-diagonal-Matrix Algorithm).

Математическая постановка задачи Программное обеспечение (ПО) для анализа кинетики и динамики процессов сушки древе Дифференциальные уравнения для неста сины было выполнено с применением вычис ционарного тепло- и влагопереноса при сушке лительной среды Mathcad-13.

влажных тел [3]:

В данной работе было проведено моделиро t t c 0 = ( ) + r 0 вание нестационарного процесса разогрева дре ;

(1) x x весины и влагопереноса в ней с учетом измене ния относительной влажности воздуха при его t = (am + am ), (2) соприкосновении с менее нагретой древесиной.

x x x Равновесная влажность древесины рассчитыва где c – удельная теплоемкость [Дж/(кг·°C )], лась в зависимости от относительной влаж 0 – плотность в сухом состоянии [кг/м], – ности и температуры обтекающего материал воздуха (рис. 1).

коэффициент теплопроводности [Вт/(м·°C)], – 118 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности древесины сосны от температуры t и влажности :

1 – t = 80 °C;

2 – t = 70 °C;

3 – t = 50 °C;

4 – t = 20 °C;

5 – t = 10 °C весины – сосна;

температура воздуха 70 С;

на Результаты численного исследования чальная влажность 60 %, конечная влажность На рис. 2 представлены результаты числен 8 %;

начальная относительная влажность воз ного исследования: график распределения духа 86 %, конечная – 25 %.

влажности по толщине материала;

порода дре Рис. 2. графики распределения влажности по толщине материала в различные моменты времени сушки:

1 – = 0 ч (начало процесса сушки);

2 – = 1 ч;

3 – = 12 ч;

4 – = 42 ч;

5 – = 48 ч;

6 – = 72 ч;

7 – = 102 ч;

8 – = 120 ч;

9 – = 132 ч;

10 – = 170 ч ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ В процессе сушки поверхностные слои ма- Численное исследование процессов сушки териала высыхают достаточно быстро, и пока позволит моделировать энергосберегающие ос влага за счет градиента влажности подводится циллирующие режимы сушки.

от внутренних слоев материала к поверхност- На рис. 3 представлены графики изменения ным, влагоотдача отсутствует, и можно от- влажности различных слоев древесины во вре ключить принудительную циркуляцию агента мени (время сушки 201 ч. Затраты тепловой сушки. энергии 736 кВт·ч).

Рис. 3. Осциллирующий режим сушки. Графики изменения влажности различных слоев древесины во времени:

1 – на глубине 20 мм;

2 – на глубине 16 мм;

3 – на глубине 14 мм;

4 – на глубине 10 мм;

5 – на глубине 4 мм;

6 – на глубине 2 мм;

7 – поверхностный слой Рис. 4. Распределение температуры t по толщине материала x в различные моменты времени:

1 – через 1 ч с начала процесса сушки;

2 – через 2 ч;

3 – через 3 ч;

4 – через 4 ч;

5 – через 5 ч Выводы На рис. 4 представлены графики распреде ления температуры по толщине материала в Представленные в работе результаты иссле различные моменты времени сушки (с интерва- дований могут быть применены для обоснован ного выбора технологических режимов сушки лом в 1 ч).

120 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Б. Н. Сипливый // Математическое моделирование. – Вол древесины, что в свою очередь позволит сокра гоград, 2004. – Т. 16. – № 5. – С. 117–127.

тить затраты энергии и уменьшить технологи 3. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. – М. :

ческий брак. Энергия, 1968.

4. Гороховский, А. Г. Технология сушки пиломатериа БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК лов на основе моделирования и оптимизации процессов тепломассопереноса в древесине: автореф. дис.... д-ра 1. Чернышев, А. Н. Сравнительный анализ технико- техн. наук /А. Г. Гороховский. – Санкт-Петербург, 2008.

5. Федяев, А. А. Математическое моделирование ди экономических характеристик различных технологий намики процессов тепловлажностной обработки капил сушки древесины / А. Н. Чернышев // Деревообрабаты лярно-пористых коллоидных дискретных материалов / вающая промышленность. – 2008.– № 2. – С. 14–16.

А. А. Федяев, В. Н. Федяева, Ю. В. Видин // Журнал Си 2. Афанасьев, А. М. Переходные явления тепло- и бирского Федерального университета. Энергетика и тех массопереноса при конвективной сушке капиллярно нологии. – 2008. – № 1. – С. 68–75.

пористых материалов / А. М. Афанасьев, И. А. Конягин, УДК [536.2+535.5]:518. И. Л. Васильева, А. А. Реснянская ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОВША Волгоградский государственный технический университет (e-mail: eltech@vstu.ru) Московский энергетический институт (ТУ) филиал в г. Волжском В работе проведено численное моделирование температурных полей промежуточного ковша при непре рывной разливке стали в производстве труб. Приведена разработанная математическая модель расчета, ко торая позволяет определить температуру внутренней поверхности ковша по температуре наружной в рабо чем состоянии. Результаты работы могут быть использованы при проектировании системы контроля темпе ратурного поля внутри ковша.

Ключевые слова: численное моделирование, промежуточный сталеразливочный ковш, разогрев футеровки.

In work numerical modeling of temperature fields of an intermediate ladle spent at continuous pouring out steels in manufacture of pipes. The developed mathematical model of calculation which allows defining temperature of an internal surface of a ladle on temperature external in working order is resulted. Results of work can be used at de signing of the monitoring system of a temperature field in a ladle.

Keywords: numerical modeling, ladle for steel pouring, warming up of a working surface.

Разливка металла – процесс наполнения ческих процессов и режимов работы оборудо жидким металлом форм, в которых металл кри- вания, оптимизация энергобаланса предпри сталлизуется, образуя слитки. Это важный этап ятия, снижение потребления энергоресурсов технологического цикла производства металла, подразделениями предприятия за счет повыше так как в ходе разливки и кристаллизации слит- ния эффективности использования энергоноси ка формируются многие физико-механические телей. Очевидно, что вопросы энергосбереже свойства металла;

от технологии разливки за- ния могут быть грамотно решены при наличии висит качество слитка. Из плавильного агрегата математической модели технологического про жидкий металл разливают сначала в промежу- цесса. Эта модель позволяет проводить норми точный ковш (рис. 1), а затем в изложницы или рование, анализ эффективности использования в систему непрерывной разливки стали. и прогнозирование объемов потребления энер Эффективность использования энергоре- гии. Одним из важнейших назначений матема сурсов является одним из важнейших показате- тической модели энергопотребления предпри лей эффективности металлургического пред- ятия является предоставление возможности приятия, с характерной для них большой энер- сравнения и анализа результатов энергосбере гоемкостью. К наиболее важным направлениям гающих мероприятий.

энергосберегающей деятельности относятся Для повышения энергоэффективности про выбор тарифов и поставщиков энергоресурсов, цесса разливки стали необходимо осуществлять использование собственных вторичных энерго- контроль технологического процесса. Основ ресурсов, применение более современных (ме- ной технологической операцией сталеплавиль нее энергоемких) технологий и оборудования, ного производства является разливка стали на совершенствование существующих технологи- машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Рис. 1. Промежуточный ковш:

1 – труба защиты струи металла;

2 – крышка;

3 – стопор-моноблок;

4 – стены и дно ковша;

5 – перегород ки, пороги;

6 – бойная плита;

7 – стакан дозатор для разливки одной струей;

8 – стакан дозатор;

9 – про межуточный стакан;

10 – арматурный слой;

11 – теплозащитный слой;

12 – гнездовой блок;

13 – заглушка Любые простои оборудования и дополнительная схеме. Дискретный аналог решался с использо выдержка металла в ковше, недостаточный разо- ванием алгоритма прогонки.

грев футеровки ковша сопровождаются потерей Исходное уравнение – уравнение теплопро энергии и снижением качества продукции. водности в цилиндрической системе координат:

t 1 Для контроля режимов технологического ( qr r ) ( qz ) + q v, c p = (1) процесса необходима система контроля темпе- r r z ратуры в элементах промежуточного ковша. где – плотность материала, кг/м3;

сp – тепло В качестве объекта численного моделирования емкость материала, Дж/(кг·°С);

t – температу был использован технологический процесс ра,°С;

– время,°С;

r – радиальная координата, м;

ЭСПЦ ОАО «Волжский Трубный Завод». В свя- qr – радиальная плотность теплового потока, Вт/м3;

зи с постоянной модернизацией на данном z – осевая координата, м;

qz – осевая плотность предприятии на установке непрерывной раз теплового потока, Вт/м3;

qv – плотность теплово ливки стали была утеряна первоначальная сис го потока внутренних источников тепла, Вт/м3.

тема контроля температуры футеровки проме Граничные условия:

жуточного ковша при его разогреве. В настоя t z = 0 : = 1 ( t ( r,0 ) t0 ) ;

щее время отсутствует целостная система не- (2) z прерывного контроля, и определение уровня t z = z0 : = 2 ( t ( r,z 0 ) t f ) ;

прогрева стенок и днища ковша осуществляет (3) ся на основе только опыта обслуживающего z персонала. Информацию о разогреве стали t =0;



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.