CC BY
14
МАТЕРИАЛЫ X ЮБИЛЕЙНОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ МОЛОДЕЖНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «ТИНЧУРИНСКИЕЧТЕНИЯ»
(25-27 марта 2015 года, КГЭУ, г. Казань, nirs15_kgeu@mail.ru)
УДК 621.22-111
АКТУАЛЬНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ БПГЭС В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО
С Е В Е РА
Местников Н.П., СВФУ им. М.К. Аммосова, г. Якутск Науч. рук. канд. геогр. наук, проф. Константинов А.Ф.
Высокая стоимость топлива в местах потребления, низкие технико-экономические показатели существующих энергоисточников малой мощности приводят к высокой себестоимости производства электроэнергии и тепла (ежегодно на завоз топлива в северные районы республики затрачивается свыше 3 млрд руб.).
Для решения данной проблемы предлагается строительство в ряде районов бесплотинных малых ГЭС. К достоинствам БПГЭС можно отнести: относительную простоту, дешевизну, мобильность и экологичность. А также эти источники энергии практически не препятствуют движению небольших судов, плотов и миграции рыб.
145
К недостаткам этих установок можно отнести: неполное использование гидроэнергопотенциала водотока; практически полную зависимость от гидрологического и ледового режима реки; требование в достаточно большой скорости течения (1,5 -2,5 и более м/с) и глубине реки (около 2,0-3,0 м). Следует отметить, что в естественных условиях на большинстве рек наблюдаются скорости течения порядка 0,5 -1,5 метров в секунду.
Одним из вариантов БПГЭС является станция на основе Ротора Дарье. Ротор Дарье - это гидроэлектростанция в виде вертикального ротора, вращаемого за счет возникновения разности давлений на его лопастях. Разница давлений образуется благодаря обтеканию сложных поверхностей жидкостью. Эффект, подобный подъемной силе судов на базе подводных крыльев или подъемной силе крыла самолета. Преимущество ГЭС на основе ротора Дарье заключается в том, что ось ротора размещается в вертикальной плоскости и отбор мощности производится над водой, без применения дополнительных преобразований и передач. Такой ротор вращается при любом направления потока.
Установка нескольких таких гидроагрегатов в поселке или селе с быстроходным течением реки (2,5-3,0 м/с) позволит обеспечить электроэнергией весь населенный пункт на 4-5 месяцев. За это время можно подготовить к зимнему сезону дизельную электростанцию, произвести ремонтные работы, кроме того значительно снизятся затраты на топливо.
146
УДК 621.8.033.004.18
ТРИГЕНЕРАЦИОННАЯ СХЕМА ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЖАТОГО ГАЗА, ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ХОЛОДА
Демин Ю.К., Слепова И.О., Рахимова Л.М., Бабин Р.В. МГТУ им. Г.И. Носова,
г. Магнитогорск Науч. рук. д-р техн. наук, доц. Картавцев С.В.
На промышленных предприятиях широко распространено использование сжатых газов как энергоносителей. Так, сжатый воздух имеет ряд существенных преимуществ перед другими теплоносителями: пожаро - и взрывобезопасность, нетоксичность, отсутствие потерь на конденсацию. При этом сжатие - энергоёмкий процесс, так сжатие воздуха в турбокомпрессорах расходуется около 20% производимой в России электроэнергии. Для экономии энергии на привод в мощных турбокомпрессорных установках применяют промежуточное охлаждение сжимаемого газа в вынесенных охладителях, установленных между группами ступеней сжатия. При этом величина отводимого теплового потока сопоставима с мощностью привода компрессора, а его температурный потенциал может достигать 200°С.
В свою очередь анализ температурно-теплового графика охлаждения сжатого воздуха между ступенями компрессора позволяет разбить этот процесс на две части: до 70°С - для генерации холода в абсорбционных бромистолитиевых холодильных машинах (АБХМ) и после 70°С - для генерации электрической энергии в органическом цикле Ренкина (ORC).
Таким образом, предложенная схема позволяет полезно использовать теплоту сжатия для покрытия собственных нужд компрессорной установки и тем самым сэкономить до 8% затрачиваемой энергии.
147
УДК 620.9
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Шарафисламова Э.А., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Кондратьев А.Е.
Как показали практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во-первых, стоимость ветра равна нулю, а во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеводородного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека.
Специфика и условия работы ВЭС в нашей стране значительно отличаются от зарубежных. Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, в том числе и в тех районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Побережье Северного Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залива, Черного и Каспийского морей имеют высокие среднегодовые скорости ветра. В этих регионах рационально использовать классические ветроустановки с горизонтальной осью вращения.
На остальной части территории России скорость ветра не превышает 5 м/с. Экспериментальным путем было доказано, что для этих регионов экономически целесообразно использование ветроустановок с вертикальной осью вращения. Основным их достоинством является возможность работы установки начиная со скорости ветра, равной 1 м/с. Существуют различные конструкции таких ветроустановок, и при правильном подборе их к той или иной местности, будет достигаться экономический эффект.
148
Оценка ресурсов ветроэнергетики показывает, что для энергетического использования вертикальных ветроустановок пригодны около 6 млн км2 территории, где среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с. Если использовать только 1% территории для размещения ВЭУ, то их установленная мощность может превысить 300 млн кВт.
149
УДК 621.311.24
ВЕТРОАГРЕГАТ «МИКРОВЭС» БАЛКОННОГО ТИПА
Горбунцова М.А., Авдонин В.В., Камышинский технологический институт (филиал)
ВолгГТУ, г. Камышин Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Галущак В.С.
До настоящего времени ни зарубежная, ни отечественная промышленность не выпускает ветроагрегаты для потребителей особо малых мощностей, таких как удалённые приборы контроля температуры, влажности, направления и силы ветра и др. Предлагается разработать балконный ветроагрегат особо малой мощности с управляемым воздушным потоком, который смог бы удовлетворять данным требованиям, а также быть применен в стесненных условиях на балконе городской квартиры.
Нами была сконструирована модель миниатюрной ветроэлек-тростанции для потребителей особо малых мощностей. Были проведены первые испытания микровэс на скорости от 2,8 до 16,7 м/с, в результате которого была получена диаграмма зависимости выходного напряжения от скорости ветра. По результатам натурного эксперимента продувом опытного образца в аэродинамической трубе установлено, что рабочее напряжение составило ир=2-9В. Таким образом, электрогенератор вырабатывает переменный ток плавающей частоты, который выпрямляется встроенным выпрямителем, стабилизируется до напряжения 12 В и направляется через контроллер заряда на зарядку аккумулятора.
Выработанной электроэнергии (105 кВт-ч) достаточно для организации освещения квартиры несколькими светодиодными лампами «Огонек» или «Чемпион», потребляемой мощностью 7 Вт при режиме работы 5 часов в сутки, 365 дней в году.
150
Были также проведены еще одни имитационные исследования на ветроколесах различных диаметров, в результате которых сделан вывод, что оптимальным для предложенной конструкции ветроагрегата является диаметр ветроколеса - 150 мм. Изучив патенты материалов и научные публикации Ивановых, Жданова и Клейна «Методика расчета проточной части осевой гидротурбины новой оригинальной конструкции» мы пришли к выводу, что необходимо вместо ветроколеса типа «Ромашки» разработать реактивную воздушную турбину с направляющим аппаратом, который обеспечивает эффективную работу агрегата в широком диапазоне изменения скоростей ветра.
151
УДК 621.771:621.78.08.06
ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ТЕПЛООТВОДА В ЗОНЕ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
Абдулгужина И.Р., Матвеев С.В., МГТУ им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск Науч. рук., д-р техн. наук, проф., доц. Картавцев С.В.
В 2013 году мировая выплавка стали составила порядка 1,6 млрд т/г. Порядка 98% всей стали разливается в машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сталь на входе в МНЛЗ имеет температуру 1600°С, а готовый слиток на выходе порядка 800°С. Около 850 МДж тепловой энергии отводится в пределах МНЛЗ в окружающую среду. При этом порядка 85% - в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ.
Отвод теплоты в ЗВО МНЛЗ осуществляется пароводяной смесью и воздухом. К тому же, для того, чтобы отвести теплоту в ЗВО МНЛЗ, необходимо потреблять из внешних сетей порядка 2 кВт-ч электроэнергии на каждую тонну разливаемой стали.
Возможным решением поставленной задачи может быть замена традиционных теплоносителей на иные с более широким интервалом рабочих температур. Наибольший интерес вызывают высокотемпературные (жидкометаллические) теплоносители, применяемые в атомной энергетике для генерации насыщенного и перегретого пара. Наличие стандартного оборудования (парогенераторов, насосов, трубопроводов) открывает возможность использования теплоты стали в ЗВО МНЛЗ, путем замены теплоносителя, для генерации электроэнергии. С учетом КПД паротурбинного цикла 40% можно сгенерировать около 80 кВт/ч электроэнергии с каждой тонны разливаемой стали в МНЛЗ, что может позволить полного обеспечения МНЛЗ собственной электроэнергией.
152
УДК 621.746.5.047.06:621.746.6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ ЖИДКОЙ СТАЛИ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ
Аловадинова Х.Н., МГТУ им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск Науч. рук. д-р техн. наук, проф. КАРТАВЦЕВ С.В.
В мировой металлургии производство и потребление стали составляет порядка 1,6 млрд тонн в год. Это один из самых экономически масштабных комплексов промышленности и крупнейший по объёму энергопотребления. В мире 98% всей стали разливается в машины непрерывного литья заготовок. В основном узле МНЛЗ -кристаллизаторе, охлаждение стали осуществляется водой, что является ненадежным (охлаждаемые элементы прогарают) и неэкономичным из-за огромных расходов. Увеличение перепада температуры охлаждающей воды больше чем на 10°С (от 20°C) приводит к выпадению накипи. Тепловое выделение от стали в кристаллизаторе МНЛЗ составляет примерно 16% от общего потока. Вся эта высокопотенциальная теплота стали полностью теряется.
Возможным решением может стать замена воды на иной теплоноситель, что позволило бы использовать выделяющуюся тепловую энергию из кристаллизатора МНЛЗ. Для этого необходимо подобрать охлаждающий теплоноситель. Основным условием подбора является не вскипание теплоносителя для эффективного использования теплоты разливаемой стали, поэтому температура кипения теплоносителя должна быть не ниже температуры рекристаллизации стенки кристаллизатора (420°С для медно -серебряного сплава). В промышленности существует множество теплоносителей. В таблице приведены некоторые отобранные теплоносители, наиболее подходящие по данным требованиям.
153
Таблица. Теплофизические свойства теплоносителей
Теплоноситель Ткип,°С Свойства при температуре 300 °С
р, кг/м3 X, Вт/м-К ср, кДж/кг-К ^108, м2/с
Литий 1350 513,4 47 4,237 105
Натрий 883 927,7 86,12 1,374 96,8
25%Ка75%К 780 847 23,62 0,951 55
Вода 100 998 0,6 4,182 0,01
Данные теплоносители применяются в парогенераторах (ПГ), входящих в состав атомных энергетических станций. При объёме выплавки стали в мире порядка 1,5 млрд т. в год энергосберегающий эффект составит до 247,5 млрд руб. Замена теплоносителя в кристаллизаторе МНЛЗ на другой позволяет получить энергосберегающий эффект порядка 20%, частично используя теплоту стали в кристаллизаторе МНЛЗ для генерации электроэнергии на собственные нужды предприятия.
154
УДК 536.24
ПЕРЕХОДНЫЙ ТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ
Юдахин А.Е., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. д-р техн. наук, доц. Кирсанов Ю.А.
Классическая теория теплопроводности основана на гипотезе Фурье (1822):
г) = -кУТ (Г, г), (1)
где q - тепловой поток, I - время, Т - температура, к - теплопроводность, г - координаты местоположения.
Формула (1) не учитывает скорость распространения тепла, а, следовательно, недостаточно точно описывает кратковременные переходные тепловые процессы. Для ее учёта Каттанео, а затем и Вернотт предложили добавить дополнительное слагаемое, после чего формула (1) приняла вид:
+ Т = -к?Щг), (2)
где Ту - задержка времени (время релаксации).
Экспериментальная проверка адекватности формул (1) и (2) предполагает регистрацию переходных термических процессов в твердом теле при внезапном его погружении в горячую или холодную среду. Установка включает в себя: образец тела с ХК термопарами внутри него и на поверхности, сосуд Дюара с тающим льдом для холодных спаев термопар, сосуды с кипящей и холод-
155
ной водой. Опыт начинается после установления равновесного теплового состояния образца, после чего образец резко опускается в горячую или холодную воду. Регистрация переходных термических процессов предусмотрена с помощью автоматизированной измерительной системы, состоящей из персонального компьютера со средой графического программирования LabView и устройства ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов фирмы National Instruments PCI-6251.
Выполнена серия опытов с образцами в виде пластин из по-лиметилметакрилата (ПММА) разной толщины. Сопоставление переходного термического процесса, зарегистрированного в опыте, с расчетными переходными процессами, соответствующими формуле (1), с одной стороны, и формуле (2), с другой, позволяет сделать вывод об адекватности каждой из них. Кроме того, такое сопоставление даёт возможность оценить величину времени релаксации исследуемых образцов твёрдого тела.
156
УДК 662.612.3
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ПОЛИМЕРА В КАНАЛЕ
Будин А.Г., Позолотин А.П., Зырянов И.А., ВятГУ, г. Киров Науч. рук. д-р техн. наук, проф. Решетников С.М.
Управление процессом горения полимеров в канале является важной научно-технической задачей в области теплоэнергетики, в частности при разработке гибридных ракетных двигателей (ГРД). Актуальной проблемой в теплоэнергетике является увеличение скорости регрессии топлива. Примером реализации энергетической установки с низкой скоростью регрессии твердотопливного компонента является ГРД. Один из путей решения поставленной задачи - воздействие на процесс горения с помощью электростатического поля (ЭП).
Исследование влияния ЭП на горение полимера проводилось на тестовом стенде с модельным ГРД, позволяющем исследовать параметры двигателя. Радиальное ЭП в камере сгорания ГРД создавалось системой электродов: положительный электрод установлен вдоль оси камеры сгорания по ее центру, отрицательный электрод выполнен в виде сетки и расположен вокруг твердотопливного блока. Экспериментально установлено, что при горении полиметилметакрилата (ПММА) в ГРД при наличии радиального ЭП скорость регрессии твердотопливного компонента возрастает (рис.).
157
Рис. Зависимость массовой скорости горения от разности потенциалов между электродами
Таким образом, показана возможность увеличения массовой скорости горения полимера в канале при воздействии электростатическим полем, что делает данный метод перспективным в плане увеличения тяги ГРД и возможности управления его внутрибалли-стическими характеристиками.
158
УДК 66.07
РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ
О Б О Р У Д О В А Н И Я Д Л Я О Ч И С Т К И Д Ы М О В Ы Х Г А З О В ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ОТ ОКСИДОВ А З О Т А И С Е Р Ы
Сандаков В.Д., Валеев И.М., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. д-р техн. наук, проф. Валеев И.М.
Возможность использования импульсной стримерной короны для очистки газов от экологически вредных примесей исследуется в настоящее время во многих странах. Однако основными недостатками существующих методов очистки, сдерживающими их практическое применение, остаются большие удельные затраты энергии на очистку.
Исследования показывают, что предпосылкой очистки газов в зоне стримерного разряда является концентрация образованных химически активных частиц, таких как О, О3, ОН-,Н2О2 за счет взаимодействия молекул газа с электронами, обладающими сравнительно высокими энергиями. Вблизи головки стримера, где напряженность поля порядка 105 В/см, энергия электронов достигает 9,5 эВ.
Энергетические параметры, такие как концентрация активных частиц и напряженность импульсной короны в зоне очистки, могут быть управляемыми и создавать режимы с максимальной степенью очистки при комбинированном воздействии на поле
159
стримерной короны электромагнитным излучением, в частности ультрафиолетового диапазона.
Как показывают результаты экспериментальных работ разработка предложенной технологии очистки комбинированным способом, во-первых, не сопряжена с решением сложных инженерных задач, и, во-вторых, обеспечивает низкие затраты энергии источника высокого напряжения и излучения в агрессивной среде очищаемого газа. Воздействие только коронирующего электрода и излучателя электромагнитных волн на газ является несомненным преимуществом способа очистки по сравнению с другими электрофизическими способами.
160
УДК 621.313.333
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
РАСЧЕТА РАДИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ЗУБЕЦ С И Н Х Р О Н Н О Г О Д В И Г А Т Е Л Я С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Алейников А.В., ИГЭУ, г. Иваново Науч. рук. д-р техн.наук, проф. Голубев А.Н.; д-р техн. наук, проф. Мартынов В.А.
Ускоренное развитие техники и технологий диктует ужесточение требований к технико-экономическим показателям современных электроприводов. Одним из таких требование является улучшение его виброшумовых характеристик. Однако традиционные методы исследования двух- и трехфазных систем базируются на достаточно грубых допущениях и не адекватны возможностям современной вычислительной техники. Это делает актуальным создание метода исследования электропривода, обеспечивающего решение задач анализа и синтеза на основе использования полевых моделей. Исследования показывают, что радиальная составляющая электромагнитной силы определяет основной уровень магнитных шумов.
Радиальная сила ^, действующая на зубец в сторону зазора, зависит от квадрата магнитного потока (1):
161
К = Ф
(1)
где Фх - радиальный магнитный поток, наконечник зубца.
Для нахождения магнитного потока необходимо суммировать абсолютные значения магнитных потоков, протекающих через наконечник зубца в разных направлениях (2).
Ф
х
фпм ++ фзк
5
г+
5
г
+
фпм - - фзк
5
г -
5
г
(2)
где фпм+ и фпм- - части магнитного потока, обусловленного действием постоянного магнита от южного (+) и северного (-) полюсов;
- площадь наконечника зубца;
+ и - - площади зубца, соответствующие потокам фпм + и
фпм -;
Определив заранее методом конечных элементов зависимости фпм + , фпм- , + , - от угла поворота ротора возможно в реальном времени вычислять радиальные силы, действующие на зубец машины с учетом реальной геометрию машины, а также насыщения магнитной цепи.
2
162
УДК 621.315.2
П Р О Г Р А М М Н Ы Й К О М П Л Е К С ОБРАБОТКИ РЕФЛЕКТОГРАММ Л О К А Ц И О Н Н О Й Д И А Г Н О С Т И К И ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Быкиев А.А., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. канд. физ.-мат. наук, с.н.с. Филимонова Т.К.
Воздушные линии электропередачи (ЛЭП) являются наименее надёжными элементами современной энергосистемы. Определение места повреждения и восстановление поврежденных участков ЛЭП являются сложными и дорогостоящими технологическими операциями, поэтому весьма актуальными становятся меры по предотвращению и предупреждению возможных аварий. В зимний период одной из главных проблем эксплуатации ЛЭП является го-лолёдообразования на проводах, а определение места повреждения осложняется огромной протяженностью ЛЭП.
Для предупреждения аварий, вызванных гололедными отложениями, используется локационный метод диагностики состояния ЛЭП. При локационной диагностике информацию о ЛЭП несут импульсы, отраженные от имеющихся неоднородностей волнового сопротивления ЛЭП. Отраженные импульсы измеряются с помощью АЦП, затем сохраняются в памяти компьютера. Далее необходимо производить цифровую обработку рефлектограмм в автоматическом режиме.
Программный комплекс, предназначенный для автоматизации обработки рефлектограмм, разрабатывается на объектно-ориентированном языке программирования С#. Он позволяет визуализировать данные, полученные с АЦП, и производить дальнейшие расчеты на их основе. Созданный программный комплекс планируется применять на действующих объектах на территории Татарстана, Башкортостана и Северного Кавказа.
163
УДК 621.315.21
О Ц Е Н К А Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О СОСТОЯНИЯ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ 6 кВ НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНОГО М Е Т О Д А Д И А Г Н О С Т И К И
Новикова Ф.Ш.Ж. да К., Максютов И.Н., УГНТУ (СФ), г. Салават Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Миронова И.С.
В настоящее время существует множество методов технической диагностики кабельных линий, но нет ни одного универсального. У каждого метода есть свои достоинства и недостатки, а также условия ограничивающие возможности применения этого метода на практике. Поэтому предлагается анализ амплитудно-фазовых частотных характеристик гармонического спектра периодического синусоидального сигнала при различных технических состояниях изоляции.
На вход кабеля подается единичный ступенчатый сигнал, на выходе кабеля регистрируется кривая переходного процесса, дающая передаточную функцию W(p), из которой формальной заменой р на jю получаем обобщённую частотную характеристику
..... л к• (1 -Т2-ю2) к• Т1 -ю
=„ п-^2 2ч2 . ^ 2 + J - 1
(1 - Т2ю2)2 + Т2 -ю2 (1 - Т2ю2)2 + Т2 -ю2
Пользуясь передаточной функцией и нормированными значениями основных электрических параметров кабеля можно определить расчетным путем область расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, которая соответствует исправному состоянию кабеля, и границы области соответ-
164
ствующие предельному состоянию кабеля. В результате сопоставления координат корней характеристического уравнения с границами области делается заключение о состоянии кабельной линии. Для количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля использован метрический метод распознавания образов. Мерой уровня деградации служит расстояние между текущими значениями координат корней характеристического уравнения и координатами корней, соответствующих либо исходному, либо предельному состоянию изоляции.
Построение и анализ временных характеристик позволит выйти на новый уровень оценки текущего состояния кабельных линий, то есть количественно определить область предельного состояния.
165
УДК 621.314
О П Р Е Д Е Л Е Н И Е М Е С Т А З А М Ы К А Н И Я Н А З Е М Л Ю В КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6 -10 кВ ПО П А Р А М Е Т Р А М П Е Р Е Х О Д Н О Г О ПРОЦЕССА
Филатова Г.А., ИГЭУ, г. Иваново Науч. рук. д-р техн. наук, проф. Шуин В.А.
Для кабельных сетей 6 -10 кВ до сих пор не существует реально используемых эффективных методов дистанционного определения места однофазного замыкания на землю (ОМЗЗ) на линиях под рабочим напряжением. Для задач определения места однофазных, в том числе самоустраняющихся, замыканий на землю могут быть использованы электрические величины переходного процесса, возникающего во время пробоя изоляции.
Исследование электромагнитных переходных процессов при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) в сетях 6 -10 кВ проводилось на упрощенных моделях электрических сетей. Для выявления информационных параметров, которые можно использовать для решения задачи дистанционного ОМЗЗ, использовалось аналитическое решение уравнений переходного процесса на основе двух-частотной схемы замещения и моделирование на ЭВМ.
Для решения задачи ОМЗЗ могут быть использованы величины, параметры которых зависят от удаленности до места повреждения. К таким величинам относятся переходный ток нулевой последовательности и его свободные составляющие и переходное напряжение нулевой последовательности и его свободные составляющие. От удаленности до места повреждения зависит также ток в поврежденной фазе поврежденного присоединения и напряже-
166
ние на поврежденной фазе. Для исключения зависимости информационных параметров от начальной фазы пробоя изоляции для решения задачи ОМЗЗ должно использоваться нормирование значений свободных составляющих тока и напряжения с учетом напряжения на поврежденной фазе в момент возникновения ОЗЗ. Исследовалось влияние факторов, искажающих замер информационных параметров, основными из которых являются переходное сопротивление в месте повреждения, суммарный емкостный ток сети и др. Как показали расчеты по двухчастотной схеме замещения и исследования на имитационных моделях кабельных сетей 6 -10 кВ, наиболее устойчивыми информационными параметрами являются начальное значение производной нормированного переходного тока поврежденной фазы или тока нулевой последовательности поврежденной линии, а также начальные значения первой производной напряжения на поврежденной фазе и второй производной напряжения нулевой последовательности.
167
УДК 435
АНАЛИЗ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Халилова Э.А., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Кондратьев А.Е.
В данной работе рассмотрены вопросы, связанные с переходом систем централизованного теплоснабжения на децентрализованное. Рассмотрены положительные и отрицательные стороны обеих систем.
Принимаемые на практике традиционные режимы работы централизованного теплоснабжения имеют следующие недостатки:
• практическое отсутствие регулирование отпуска теплоты на отопление зданий в переходные периоды, когда особенно большое влияние на тепловой режим отапливаемых помещений оказывают ветер, солнечная радиация, бытовые тепловыделения;
• перерасход топлива и перетоп зданий в теплые периоды отопительного сезона;
• большие потери теплоты при его транспортировке (около 10%), а во многих случаях - намного больше;
• длительная эксплуатация подающих трубопроводов теплосети в неблагоприятном режиме температур, характеризующимся нарастанием коррозионных процессов и др.
Современная система децентрализованного теплоснабжения представляет сложный комплекс функционально взаимосвязанного оборудования, включающего автономную теплогенерирующую установку и инженерные системы здания (горячее водоснабжение, системы отопления и вентиляции).
168
Объективными предпосылками внедрения автономных (децентрализованных) систем теплоснабжения является:
• отсутствие в ряде случаев свободных мощностей на централизованных источниках;
• уплотнение застройки городских районов объектами жилья;
• кроме того, значительная часть застройки приходится на местности с неразвитой инженерной инфраструктурой;
• более низкие капиталовложения и возможность поэтапного покрытия тепловых нагрузок;
• появление на рынке большого количества различных модификаций отечественных и импортных (зарубежных) теплогенераторов малой мощности.
169
УДК 34
ПРОБЛЕМА СОХРАНЕНИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КОНКУРЕНТНОЙ ЦЕНЫ НА ГАЗ
Хамидуллин М.Т., ОАО «Генерирующая компания», Казань
Актуальность данной проблемы обусловлена тем, что в условиях доступности для потребителей теплоснабжения с использованием автономных источников отопления, работающих от природного газа, в условиях поддержки государством общероссийского монополиста на газ, под угрозу поставлено само существование системы централизованного теплоснабжения, имеющей локальный характер и остро нуждающейся в техническом перевооружении. Новизна настоящего исследования проявляется в том, что в настоящее время отсутствует не только научная проработка данного вопроса, но и целостная государственная концепция и стратегия развития централизованного теплоснабжения на федеральном и региональном уровне.
Исследование проблем сохранения централизованного теплоснабжения представлена лишь рядом публикация в профильных периодических изданиях.
Результаты исследования, проведенные автором, приводят к выводу о необходимости совместного участия государства и теплоснабжающих организаций в решении проблем централизованного теплоснабжения, кооперации публичных мер регулирования и методов экономического стимулирования.
Результаты настоящего исследования могут быть использованы в правотворческой деятельности, а также при создании концепции сохранения и развития централизованного теплоснабжения в Российской Федерации.
170
УДК 621.4
УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА В Б Л И Ж Н Е М К О С М О С Е
Хафизов Р.Г., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Кондратьев А.Е.
Космос - это обширная область научных исследований, и для их осуществления требуются ресурсы, причём непосредственно на космической станции, одним из наиболее важных является энергообеспечение, так как возникает проблема доставки энергии на космическую станцию или получения её непосредственно на самой станции.
Интерес представляет именно получение энергии непосредственно в космосе. Важным условием является то, что предусматривается использование солнечной энергии, поэтому рассматривается только ближний космос.
Так как станцию и Солнце не разделяет атмосфера Земли, которая поглощает и рассеивает значительную часть Солнечного излучения, и удерживает тепло, когда Земля находится в тени. Значит за пределами атмосферы Земли, на космической станции перепад температур на Солнечной и теневой стороне очень велик, что является идеальными условиями для использования Двигателя Стирлинга, так как, его коэффициент полезного действия напрямую зависит от перепада температур, к тому же рабочее тело в данном двигателе с внешним подводом тепла не расходуется.
Использование данной энергетической машины на космической станции, позволит решить проблему её тепло - и электроснабжения, а также создания искусственной гравитации, которая необходима для проведения некоторых экспериментов.
171
УДК 330.341.4:620.9
ВНЕДРЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ «БЕРЕЖЛИВОЕ ПРОИЗВОДСТВО» В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОМПАНИИ РТ
Хромова К.В., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Ахметова И.Г.
Наибольший эффект от сквозного применения «бережливой» энергетики получат потребители, так как повысится надежность и качество энергоснабжения, уменьшится тарифная нагрузка за счет оптимизации потребности в капитальных вложениях.
При внедрении бережливого производства в электростанции РТ есть ряд проблем: 1) старое, ненадежное оборудование, 2) низкая номинальная мощность у бойлеров и турбин, 3) обособленность подразделений.
Чтобы совершенствовать работу энергокомпаний необходимо оптимизировать все технологические, операционные, ремонтные процессы, определить пути сокращения всех издержек, обеспечить прозрачность всех процессов, отладить систему сбора информации и идей и, самое главное, провести фундаментальную работу с персоналом. Основа концепции- воспитание «думающих», инициативных сотрудников, стремящихся к непрерывному развитию предприятия.
Выбрав бережливое производство в качестве целевой модели развития компании стоит понимать, что это комплексная система принципов и инструментов, обеспечивающих получение максимальной отдачи при минимальных издержках. Для её реализации необходимо изменить не только организацию процессов, но и ментальность всех сотрудников предприятия.
172
УДК 658.5
ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ РЕСУРСОВ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА
Галесова Д.Р., КГЭУ, г. Казань Науч. рук. канд. хим. наук, доц. Юдина Н.А.
В 2009 году СМИ сообщили, что США стали «крупнейшим в мире производителем газа», оттеснив Россию на второе место. Причину этого объяснили увеличением добычи сланцевого газа, ставшую экономически оправданной вследствие применения инновационных технологий, разработанных американскими компаниями. Было заявлено, что с помощью горизонтального бурения и гидроразрыва пласта добыча сланцевого газа становится выгоднее, чем добыча природного газа. Началось обсуждение того, что США вскоре прекратит свой огромный импорт энергоносителей и, мало того, начнет снабжать природным газом всю Европу. Добыча сланцевого газа в США за 2010 г. достигла 51 млрд кубометров в год (менее 8% от добычи «Газпрома»). В компании, занимающиеся добычей сланцевого газа, было инвестировано около 21 млрд долларов.
Промышленная добыча сланцевого газа, на сегодняшний день, возможна только в США. Прежде всего, это обусловлено тем, что строительство магистральных газопроводов при его добыче затруднено ввиду невозможности расчета их параметров, а именно США имеют довольно плотное покрытие сетью малорасходных газопроводов, что не характерно и экономически не выгодно для других стран. В июне 2012 г. Exxon-Mobil отказалась от дальнейшей разведки сланцевого газа в Польше по причине скудости ресурсов. В августе того же года её примеру последовала английская компания 3Legs Resources. Уже на первых этапах ра-
173
бот выяснилось, что себестоимость добычи сланцевого газа в Польше, и ряде других странах значительно выше, чем в США, и составляет 300-430$ за 1000 м3, его запасы значительно ниже, чем прогнозировались, а состав газа, в большинстве случаев, значительно хуже, чем ожидалось.
В России, имеющей крупные запасы традиционного газа, до сих пор любят рассуждать о сланцевых технологиях как о несостоятельных. Да и инвестиции в сланцевые проекты могут оказаться убыточными, однако, к появлению новых технологий это не имеет отношения. Нашей стране следует научиться использовать вновь появляющиеся возможности и превратить их в свои конкурентные преимущества.
174
УДК 65.011.56
СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ УРОВНЯ В ЕМКОСТИ НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ARDUINO UNO
Сафиуллин Т.Ф., Синякаев Р.Р., АГНИ, г. Альметьевск Науч. рук. ст. преподаватель Тугашова Л.Г.
В данной работе для создания макета процесса поддержания уровня жидкости в резервуарах выбран микроконтроллер Arduino Uno, так как он отличается низкой стоимостью, простотой подключения различных типов датчиков, электродвигателей, легко изучаемым программным обеспечением.
Создание модели включает следующие этапы: изучение технологии процесса закачки нефтепродуктов в резервуары; создание макета, имитирующего вышеуказанный процесс; разработка программного обеспечения для отображения данного процесса на экране монитора; подключение датчиков температуры и расстояния, а так же звуковой сигнализации; установка динамического освещения емкости, в зависимости от количества света в окружающей среде; анализ и получение практических выводов по проделанной работе.
В целом проект реализуется с помощью микроконтроллера Arduino Uno, датчиков HC-SRO4 и DS18B20, семисегментного индикатора BS3361, двигателя постоянного тока RF-300F. Arduino Uno контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для программирования Arduino не требуется внешний программатор, весь процесс общения с компьютером осуществляется посредством USB. Программирование ведется целиком через собственную программ-
175
ную оболочку (IDE). Оболочка написана на Java на основе проекта Processing, работает под Windows, Mac OS X и Linux.
176
