CC BY
23
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 2 (44) ■ Часть 2 яФевраль
4. Овчинников А.В., Попов А.А., Васильченко Г.С. Основные принципы составления расчетных схем элементов конструкций с несплошностями по данным неразрушающего контроля // Проблемы прочности. 1988. №9. С. 75 - 79.
5. РД ЭО 0330-01 «Руководство по расчету на прочность оборудования и трубопроводов реакторных установок РБМК, ВВЭР и ЭГП на стадии эксплуатации».
6. РД 03-421-01 «Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов».
References
1. GOST 22727-88 «Prokat listovoj. Metody ul'trazvukovogo kontrolja».
2. GOST R 50599-93 «Sosudy i apparaty stal'nye svarnye vysokogo davlenija. Kontrol' nerazrushajushhij pri izgotovlenii i jekspluatacii».
3. GOST R 52630-2012 «Sosudy i apparaty stal'nye svarnye. Obshhie tehnicheskie uslovija».
4. Ovchinnikov A.V., Popov A.A., Vasil'chenko G.S. Osnovnye principy sostavlenija raschetnyh shem jelementov konstrukcij s nesploshnostjami po dannym nerazrushajushhego kontrolja // Problemy prochnosti. 1988. №9. S. 75 - 79.
5. RD JeO 0330-01 «Rukovodstvo po raschetu na prochnost' oborudovanija i truboprovodov reaktornyh ustanovok RBMK, VVJeR i JeGP na stadii jekspluatacii».
6. RD 03-421-01 «Metodicheskie ukazanija po provedeniju diagnostirovanija tehnicheskogo sostojanija i opredeleniju ostatochnogo sroka sluzhby sosudov i apparatov».
DOI: 10.18454/IRJ.2016.44.001 Сафаров М.А.
Студент, МГТУ им. Н.Э. Баумана
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТЕЧЕЙ В ВАКУУМНЫХ УСТАНОВКАХ МЕТОДОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА
Аннотация
В работе приведено математическое моделирование и методика расчета параметров резонансного трансформатора как источника высокочастотного высокого напряжения для обнаружения течей в вакуумных установках. При этом резонансный трансформатор был смоделирован как цепь с сосредоточенными параметрами и как цепь с распределенными параметрами.
Ключевые слова: вакуумная установка, резонансный трансформатор, математическое моделирование, высокочастотное высокое напряжение
Safarov M.A.
Student, Bauman Moscow State Technical University
MATHEMATICAL MODELING OF GENERATOR FOR LEAKAGE DETECTION IN VACUUM SYSTEMS BY HIGH-FREQUENCY DISCHARGE
Abstract
The article is devoted to mathematical modeling and calculation of parameters of resonance transformer as a high-frequency high voltage supply for detection of leakages in vacuum systems. Resonance transformer was considered as a lumped circuit and as a circuit with distributed parameters.
Keywords: vacuum system, resonance transformer, mathematical modeling, high-frequency high voltage.
Вакуумная техника находит применение во многих областях современной промышленности. При этом большое значение имеют испытания вакуумных установок на герметичность. И одним из достоверных и надёжных методов обнаружения течей в них является метод высокочастотного разряда [1].
В качестве генератора высокого напряжения высокой частоты может быть использован резонансный трансформатор, именуемый также катушкой Тесла (КТ). Для его изготовления необходимо определение его параметров. Моделированию и расчету резонансного трансформатора и посвящена данная работа.
В резонансном трансформаторе длина волны соизмерима с длиной линии, поэтому следует рассматривать его вторичную обмотку как цепь с распределенными параметрами, а точнее, как спиральный резонатор [2]. Так как фазовая скорость электромагнитной волны в открытом пространстве много больше, чем во вторичной обмотке трансформатора Тесла, на границе катушки и газового разряда происходит внутреннее отражение электромагнитной волны [3], и, вследствие этого, в резонансном трансформаторе возможно образование стоячих волн напряжения и тока. При этом, если его длина кратна четверти длины волны, пучности стоячих волн тока и напряжения образуются на его выводах [7], что даёт многократное увеличение амплитуды выходного напряжения.
Рассмотрим КТ как цепь с сосредоточенными параметрами. Вторичная обмотка обладает емкостью и индуктивностью, причем индуктивность является источником ЭДС [4], что позволяет рассматривать эту обмотку как последовательный колебательный контур [11]. Пусть напряжение на входе контура u = const, и пусть ток в контуре равен i = Im sin си t. Тогда падение напряжения на входе контура [6]:
U = RIm sin o)t + o)LIm sin(ot + n/2) + —sin(ot — n/2) (3)
coC
при резонансной частоте:
UR 0 = RI0 = U ; UL 0 = c 0 LI0=i| = p I0; Uco = 2^ = Ц± = pI0 (4)
49
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 2 (44) ■ Часть 2 яФевраль
где р = ^ - - волновое сопротивление контура.
Абсолютный и относительный ток в контуре равен [6]
U Т U
I =
= > 10 =~ => Т = ~ =
|й2+к-;У
Относительные частоты максимумов равны [6]
й)А =
R
1 +
[Ф-5)Г
Q2--^ 2
(х)в —
Q2--^ 2
Также, имеет место равенство [6]
<Р = arctg (22-ис \ _ arctg - £)]
Общее относительное падение напряжения на входе контура [6]:
= Mr + (vL-vc)2 = J1 + [Q (<o - ^)]
(4)
(5)
(6)
(7)
Из (1-7) и из данных, полученных опытным путем, следуют формулы (8-14), позволяющие проводить расчет параметров резонансного трансформатора [5, 8, 9].
/ =
С
nD2W2
где
f - частота тока в КТ (кГц),
D2 -диаметр вторичной обмотки (см),
W2 - количество витков во вторичной обмотке.
Щ
= 9,7~М
“2 Си
где
l2 - длина вторичной обмотки (см),
d2 си -диаметр провода вторичной обмотки (см).
^2 — ~
00,1-W22-D2
^+0,45
где
L2 - индуктивность вторичной обмотки (мГн).
с.
Lsec
= D2 (о,
3777 + 0,0755— +1222.
d7 ю3
(I)2)
где
CLsec -емкость вторичной обмотки (пФ).
Ctor = (l + (0,2781 2,8-
-Td2)-Td2 8
где
Tdi - наружный диаметр тороида (см),
Td2 - диаметр трубы, из которой изготовлен тороид (см), Ctor -емкость тороида (пФ).
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
^2 — СLsec 4” С for где
C2 -емкость вторичного контура КТ (пФ).
10б
2 и 4 (L2-cy)
(13)
(14)
50
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 2 (44) ■ Часть 2 ■Февраль
Для определения выходного напряжения и проверки методики расчета резонансной частоты КТ проведено моделирование в среде PSPICE. В данной модели индуктивность первичной обмотки КТ равна 30.7 нГн, индуктивность вторичной обмотки равна 40.7 мГн, емкость вторичного контура равна 18.749 пФ, его сопротивление -90 Ом, коэффициент связи между обмотками равен 0.495, сопротивление цепи первичной обмотки равно 1 Ом, напряжение питания - гармоническое, с амплитудой 42 В. Модель представлена на рис. 1.
В результате моделирования определена резонансная частота контура вторичной обмотки КТ - fp&3 = 2 08, 3 кГц , что подтверждает приведенную выше методику ее расчета. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ) напряжения на элементах трансформатора представлены на рис. 2.
Рис. 2 - АЧХ (сплошная линия) и ФЧХ (пунктирная линия) токов в: L1 (синяя), L2 (красная), R2 (розовая) и
напряжений на: L1 (черная), R2 (зеленая)
В режиме резонанса максимальная амплитуда выходного напряжения равна 35 кВ. Соответствующие диаграммы представлены на рис. 3.
Vfn0021 VfnOIMl IIR21 IIL21 IfLIl
0|is 30|rs 60|ts 90|rs 120|js 150|is 1B0|js 210|is 240|js 270|is 300|is
Рис. 3 - Временные диаграммы тока в L1 (синяя), L2 (красная), R2 (розовая), напряжения на L1 (черная), R2
(зеленая) при частоте тока в L1, равной резонансной
Представленное в данной работе моделирование позволяет рассчитать параметры резонансного трансформатора при его проектировании. Нужно отметить, что на основании полученных данных автором был изготовлен опытный образец резонансного трансформатора, лабораторные измерения параметров которого подтвердили правильность математического моделирования.
51
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 2 (44) ■ Часть 2 яФевраль
Литература
1. Ланис В. А., Левина Л. Е. Техника вакуумных испытаний. - М. ; Л. : Гос. энергет. изд-во, 1955. - 214 с.;
2. Corum K., Corum J. RF Coils, Helical Resonators and Voltage Magnification by Coherent Spatial Modes. // Microwave Review. - 2001. - 45 p.;
3. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. - Издание 7-е, исправленное. - М.: Наука, 1988. - 512 c.;
4. Tesla N. Lectures. Patents. Articles. - Beograd: N. Tesla Museum, 1956. - 715 p.;
5. Tilbury M. The Ultimate Tesla Coil Design. - New York: McGraw-Hill Education TAB, 2007. - 413 p.;
6. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Юрайт, 2007. - 704 с.;
7. Jordan E.C. and Balmain K. Electromagnetic Waves & Radiating Systems. - New Jersey: Prentice-Hall, 1968. - 753 p.;
8. Sarbacher R. and Edson E.W. Hyper and Ultra High Frequency Engineering. - New York: Wiley, 1943. - 353 p.;
9. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. - М: Наука, 1979. - 384 с.;
10. Tesla N. Apparatus for producing electric currents of high frequency and potential // US patent № 568176;
11. Скрипников Ю. Ф. Колебательный контур. - М.: Энергия, 1970. -128 с.
References
1. Lanis V.A., Levin L.E. Tekhnika Vakuumnykh Ispytaniy. - M.; L.: Gos. Energet. Izd-vo, 1955. - 214 p .;
2. Corum K., Corum J. RF Coils, Helical Resonators and Voltage Magnification by Coherent Spatial Modes. // Microwave Review. - 2001. - 45 p .;
3. Landau L.D., Lifshitz E.M. Teoriya Polya. - 7th edition, revised. - M .: Nauka, 1988 - 512 c .;
4. Tesla N. Lectures. Patents. Articles. - Beograd: N. Tesla Museum, 1956. - 715 p .;
5. Tilbury M. The Ultimate Tesla Coil Design. - New York: McGraw-Hill Education TAB, 2007. - 413 p .;
6. Bessonov L.A. Teoreticheskiye Osnovy Elekrotekhniki. Electricheskiye Tsepi. - M .: Yurait, 2007. - 704 p .;
7. Jordan E.C. and Balmain K. Electromagnetic Waves & Radiating Systems. - New Jersey: Prentice-Hall, 1968. - 753 p .;
8. Sarbacher R. and Edson E.W. Hyper and Ultra High Frequency Engineering. - New York: Wiley, 1943. - 353 p .;
9. Vinogradova M.B., Rudenko O.V., Sukhorukov A.P. Teoriya Voln. - M: Nauka, 1979. - 384 p .;
10. Tesla N. Apparatus for producing electric currents of high frequency and potential // US patent № 568176;
11. Skripnikov Y.F. Kolebatelny Kontur. - M .: Energia, 1970. - 128 p.
DOI: 10.18454/IRJ.2016.44.077 Тускаева З.Р.1, Басиева З.Б.2
‘0RCID:0000-0002-6664-4824, Кандидат экономических наук, 2аспирант,
ФГБОУ ВО Северо-Кавказский горно-металлургический институт (ГТУ)
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЖИЛИЩНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ
Аннотация
Экологическое жилье - один из наиболее эффективных способов сохранения природы и здоровья человека. По данным мировой энергетической конференции, около трети всей энергии в странах с умеренным климатом тратится на отопление зданий. Учитывая этот факт, в жилищном секторе нашей страны имеются значительные резервы энергоэкономии. Другая проблема, связанная с экологией - применяемые материалы. К сожалению, зачастую выбор экологичных материалов и внедрение их в строительный процесс остается лишь профессиональным долгом проектировщиков. В условиях, когда экологизация жилья становится одной из острейших проблем, это недопустимо.
Ключевые слова: экологическое строительство, теплопотери, ресурсы, материалы.
Tuskaeva Z.R2 Basieva Z.B.2
:ORCID: 0000-0002-6664-4824, PhD in Economics, 2postgraduate student,
North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technical University) ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF HOUSING IN MODERN RUSSIA
Abstract
Ecological housing - one of the most effective ways of nature conservation and human health. According to the World Energy Conference, about one-third of all energy in temperate countries is spent on heating buildings. Given this fact, in the residential sector of our country has significant reserves of energy saving. Another problem associated with the environment -the materials used. Unfortunately, often the choice of environmentally friendly materials and their introduction in the construction process is a professional duty to designers. At a time when greening housing has become one of the most acute problems, this is unacceptable.
Keywords: ecological construction, heat loss, resources and materials.
Проблемы экологического строительства в нашей стране, как и во всем мире, на сегодняшний день весьма актуальны. Установлено, что, несмотря на рост аллергических заболеваний, снижение общего состояния здоровья населения, в настоящее время не уделяется должного внимания применению в строительстве экологичных материалов. Принятию эффективных мер для обеспечения хорошего качества воздуха внутри ремонтируемых, реконструируемых и строящихся зданий и сооружений.
Экологическое жилье, пожалуй можно отнести к наиболее эффективному способу сохранения природы и здоровья человека. Если говорить о цели экологического жилья, то прежде всего оно связано с уменьшением различных отрицательных эффектов от воздействия строительных материалов на окружающую среду и человека. Экологическое предполагает одновременно и умное жилье, предназначенное для использования новейших материалов
52
