CC BY
26
Вісник ПДАБА
Рис. 4. Графики изменения средней плотности образцов цементного камня, армированного стекловолокном различной длины, изготовленных методом распыления, твердевших на воздухе
Выводы. Волокно Щ -16 ЖТ обладает достаточной коррозионной стойкостью в среде твердеющего портландцемента; прочность при изгибе повышается с увеличением длины волокон и их содержания до 7,5 %; прочность при растяжении повышается с увеличением длины волокон и их содержания до 6 %; прочность при ударе повышается с увеличением длины волокон и их содержания до 10 %. Практически линейная зависимость падения плотности от роста содержания волокон наблюдается у отрезков с длиной 30 мм.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Армирование неорганических веществ минеральными волокнами / Пащенко А. А. и др. -М.: Стройиздат. - 1988. - 200с.
2. Ali M. A., Mafumdar A. and Singh B. Propertes of glass fibre cement the effect of fibre length and fibre coatent. J Maer Sci, Vol 10, 1975, p.p. 1732-1740
3. Mazumdar A. J. and Ryder J. F. Glass Technol., 9(1968)78.
4. Mazumdar A. J. and Ryder J. F. Sci Ceram., 5(1970)539.
5. ДСТУ Б В. 2.7.-23-95 Растворы технические. Общие технические условия.
6. ДБН В.2.6.-22-2001. С41 Приложение Б обязательное. Термины и определения. Государственные строительные нормы Украины. Устройство покрытий с применением ССС.
7. ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы исследований.
8. ГОСТ 25238-82 Цемент для строительных растворов. Технические условия.
9. ГОСТ 8736-85 Песок для строительных работ. Технические условия.
10. ДСТУ-ПБВ.2.7-126 Смеси строительные сухие модифицированные. Общие технические условия.
УДК 622.4:532.5.95.2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ХЛАДОНОСИТЕЛЯ В ШТАТНЫХ СИСТЕМАХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Ф.А. Корсун, соис.
Ключевые слова: ПСРХ - подземная система распределения хладоносителя; СКРВ-система кондиционирования рудничного воздуха; ТВД - теплообменник высокого давления; ГР-гидрораспределитель; ГУ - гидравлический удар.
Проблема. Для обеспечения микроклимата в глубоких шахтах Донбасса применяются центральные станции холодильных машин, расположенных на поверхности шахт, от которых хладоноситель передается на глубокий горизонт по системе кондиционирования рудничного воздуха и теплообменных устройств.
36
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
При передаче хладоносителя на глубокие горизонты при помощи теплообменника высокого давления (ТВД) возникают большие потери холода при передаче и предлагается заменить ТВД на гидрораспределитель (ГР). Но при переключении потоков жидкости в ГР возникают гидравлические удары (ГУ).
Для этого нужно составить математическую модель для проведения исследований по изучению ГУ при переключении потоков жидкости в ГР на электрической модели.
Анализ публикаций. Проблемой гидравлических ударов в горизонтальных трубопроводах занимались такие ученые как Л. Бержерон, И. А. Чарный, Г. Д. Розенберг, Н. Е. Жуковский и другие. Они писали, что гидравлический удар в трубопроводе зависит от диаметра, длины, толщины стенки, скорости, давления и материала трубопровода.
Д. Н. Смирнов и Л. Б. Зубов изучили ГУ при остановке насоса в Останкинской башне Москвы.
Цель. В этой статье предоставляется математическая модель для изучения ГУ в горизонтальном и вертикальном трубопроводе на электрической модели, где вместо ГР или клапана возмущение потока будет выполнять электронный ключ.
Основной материал. Глубокие шахты Донбасса оснащены теплообменниками высокого давления (ТВД) подземной системы распределения хладоносителя (ПСРХ) системы кондиционирования рудничного воздуха (СКРВ).
В общем комплексе шахтного стационарного оборудования теплообменные устройства СКРВ занимают особое место, представляя собой один из ответственных и энергоемких участков. Для производства холода и передачи его на глубокие горизонты затрачивается до 30-35 % электроэнергии от потребляемой мощности всей шахты и соответствующие затраты топлива, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Максимально допустимая температура воздуха в горных выработках регламентируется и не должна превышать +26° С. Обеспечение требуемых норм связан с необходимостью использования энергоемких систем регулирования теплового режима шахт и рудников.
Теплообменные устройства СКРВ относятся к системе регулирования теплового режима в шахте. В настоящее время в Донбассе до 70 % холода, который используется для охлаждения выработок, вырабатывается стационарными компрессорными холодильными машинами, расположенными на поверхности шахты, а 30 % холода - передвижными кондиционерами в шахте.
Если в СКРВ установлен ТВД, то имеют место значительные потери эксергии. Использование устройства принудительного массопереноса вместо ТВД приводит к периодическому возникновению гидравлических ударов (ГУ) при переключении потоков жидкости. Работа системы, в технологическом цикле которой присутствует гидроудар, требует специального изучения.
Хорошо изучены гидроудары в горизонтальных трубопроводах, в то время как в вертикальных трубопроводах ПСРХ гидравлический удар практически не исследовался.
Для уменьшения термодинамических потерь предлагается заменить теплообмен на усовершенствованные технологические схемы. Использование усовершенствованных технологических схем позволяет уменьшить температурный перепад, что в свою очередь , приводит к периодическому возникновению гидравлических ударов.
Замена теплообмена на усовершенствованные технологические схемы дает экономию энергоресурсов на приготовление холода вследствие того, что передача хладоносителя с первичного во вторичный циркуляционный контур осуществляется без нагрева.
Работа системы кондиционирования рудничного воздуха при существующей схеме с теплообменом связана с затратами электроэнергии на производство холода. Холодильная мощность одной установки для шахты в зависимости от ее производительности колеблется от 5 до 20 тыс. киловатт.
Учитывая длинную цепочку потерь эксергии по ходу доставки хладоносителя на глубокий горизонт, эксергетический коэффициент полезного действия системы кондиционирования рудничного воздуха составляет 5 - 8 %. Примерно такую же величину имеют потери эксергии при теплообмене.
Устранение потерь, которые происходят при теплообмене, приводит почти к двукратному повышению эксергетического КПД и, соответственно, позволяет почти в два раза уменьшить расход электроэнергии на привод машин.
37
Вісник ПДАБА
Одним из перспективных направлений есть использование усовершенствованных технологических схем, возможность экономии большого количества электроэнергии, топлива и снижения загрязнения окружающей среды.
Так как провести испытания в шахте не целесообразно (дорого и неизвестно, какие будут затраты), было принято решение произвести исследования на аналоговой электрической модели.
Неустановившееся движение жидкости в трубопроводах описывается дифференциальными уравнениями (1), записанными относительно давления и скорости, или чаще уравнениями (2), записанными относительно расхода жидкости.
Разработано несколько методов их решения, мы предпочли метод электрического моделирования :
dp (dv X
= P\----1---
dx v dt 2D
dp 2 dv
= pa ---
dt dx
Л
lv\v
У
>
(1)
у
Или
dh
dx
dh
~dt
—+ g | Q | Q
gS dt ^пог■ ^ ^
a2 dQ
gS dx
J
(2)
p = Pc+pgZ; (3)
h = hc + Z ■ (4)
Выбор метода определяется уровнем развития и наличия вычислительной техники, конкретными задачами исследования, располагаемыми ресурсами для их выполнения и другими мотивами.
В соответствии с поставленной перед нами задачей - наиболее рациональным способом получить надежные рекомендации для принятия технического решения при проектировании шахтной системы хладоснабжения - был выбран метод электрического моделирования. Его преимущества: надежность и наглядность результатов, обусловленные логической простотой метода; применяемость к любым сложным конфигурациям трубопроводов; легкость переноса технических решений из хорошо разработанных электро- и радиотехники в гидравлику.
Кроме того, электрическое моделирование следует рассматривать не только как метод решения соответствующих уравнений, но и как своеобразный эксперимент, предшествующий лабораторному или полномасштабному гидравлическому эксперименту. Электрическая модель в 6.. .10 раз дешевле гидравлической и по крайней мере в три раза информативнее, поскольку позволяет легко варьировать около пяти параметров системы, а в гидравлической всего 1-2 параметра.
При одинаковом виде начальных и граничных условий для движения капельной жидкости по трубам и распространения электрического тока вдоль линии получаются одинаковые решения. Покажем это в применении к исследуемой системе.
В уравнениях (1) и (2) под p и h понимаются давление и напор, то есть сумма статического давления pc (или напора) и давления pgZ (или напора Z), обусловленного весом столба жидкости.
Уравнения неустановившегося движения жидкости в прямолинейном трубопроводе, расположенном под углом - а к горизонту (Z = -xsina)
dh 1 dQ і „ і „
dx gS dt w
dhc = a2 dQ dx gS dx
(5)
38
J
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
Рис.1. Электрическая модель первичного контура хладоносителя:
1 - индикация питания модели. 2 - 3 - подающие, обратные трубопроводы; 4 - схема трубопровода; 5 - контрольные гнезда; 6 - индикация и тумблеры включения питания; 7 -регулятор напряжения питания модели; 8 - контроль питания электронного ключа;
9 - генератор звуковой частоты; 10 - электронный ключ.
Уравнения распространения тока по электрической линии, вдоль которой внешними источниками напряжения поддерживается напряженность электрического поля етг,, не зависящая от протекающего по линии тока.
Уравнение (2) сводим к виду (5).
Протекание тока вдоль электрической линии с распределенными параметрами (Япог, Ьпог ,
Спог , епог ) описывается уравнениями (6):
дх„
+ e — L
ді
dt
M + R iM
пог. M
9Um
dt„.
і дім
C dx,
(6)
Линию можно приближенно заменить электрической цепью, составленной из дискретных элементов, номиналы которых определяются параметрами линии и шагом разбиения ее на элементарные участки. На рисунке 1 представлена такая цепь, геометрически подобная исследуемой системе.
Уравнения (5) и (6) полностью идентичны в описании переходных процессов и отличаются только членами, учитывающими потери на трение: в гидравлической цепи они
пропорциональны квадрату расхода, в электрической - первой степени тока.
39
Вісник ПДАБА
Рис. 2. Потери на трение в гидравлической и электрической цепях
Rпог. = а\ІМ \
R
гидр.
2£пог. \ £о I
(7)
(8)
Линеаризованные уравнения гидравлики имеют вид:
dh
дх
dh
с + sma = — dQ + 2^пог. I QoI Q
gS dt
a2 dQ
дх gS дх
(9)
Начальные условия для уравнений (9) и (6) определяются параметрами соответствующих установившихся процессов, которые имели место перед возмущением. Эти условия легко получаются из условий (9) и (6), если в последних положить равными нулю производные по времени условия (10) и (11) : а) для гидравлической цепи
dho + sm« = ^погОО2 -------> h0 = f(х)
дх
dQo
дх
= 0-----> Q0 = const
(10)
б) для электрической линии
dU
M 0
dx
- + e„
R„„J
M
di
M 0
dx
= 0-
погг M 0
>iM = const
M
UM 0 = f (XM )
Константы подобия: а) для установившихся процессов
х
H
Л1
H
х
M
Л1
= K
х
~>хм =
H
M
K
(11)
(12)
0
40
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
U
= Ku
M о
Qo
= K
Q'
ЄпогОї
R
0 = Kr
гидр.0
*Um, =
ho
Ku
>lM, =
Qo
K
Qo
=
'ъпогО-О
K
R
гидр .0
0
0
(13)
(14)
(15)
sin a
Єпог.
б) для неустановившихся процессов
хн = AIh = k
XM AlM
>e
пог.
sin a
k
^ sin a
* AlM
AlH
K
(16)
(17)
^ = K
lM
hr
U
= Ku
M
Q_
lM
= Kr
1
gSLn
gS
= K1
/ gS ■
-------= K 2
a 2C_ gS / a2
2£,ог.І Q0I
R
= Kr
~^tM =
LH
K
~^UM =
lM =
Kh
_Q_
K„
-+L =■
1
C'
gSK 1/ gS
gS
пог. 2
R=
a2 K 2
gS / a
2^пог. I Q0 I K„ пог
C
C
(18)
(19)
(20) (21)
(22)
(23)
sin a
Єпог.
= K ■
>e
пог.
sin a
K ■
(24)
Соответствие между результатами, полученными при измерениях на модели и натурными параметрами, устанавливается следующим образом. Вводятся коэффициенты пропорциональности между соответствующими величинами натуры и модели - константы подобия (12)..(24).
Параметры модели выражаются через эти константы и параметры натуры и подставляются в уравнения (6) и (11) для модели. Последние при этом сводятся к уравнениям (9) и (10) для натуры при условиях равенства единице определенных комбинаций констант подобия
(25)..(30), называемых индикаторами подобия. Эти условия для динамических процессов
накладывают четыре связи на восемь констант подобия (27)..(30). Следовательно, четыре
константы можно выбрать произвольно из конструктивных соображений, условий электрической безопасности, наличия нужных элементов и другого.
Индикаторы подобия: а) для установившихся процессов
Л =■
K,
0 KK^. Kq
Reudp.
= 1
0
(25)
Л =■
Ku
4о K,K
= 1
/^v sin a
О
(26)
41
Вісник ПДАБА
б) для неустановившихся процессов
Л _
KK
t hC __ 1
KlKQK1/gS
KtKQ
Л _----—Q---_ 1
Л _
V l JV h c / 2
l hc gS / a
Khc
KiKR~tKQ
_ 1
Л, _-
K„
KtKsina
_ 1
(27)
(28)
(29)
(30)
А остальные определить из уравнений (27).(30) и выразить их через заданные параметры
натуры и выбранные параметры модели.
Задавались размеры и ток модели, величины индуктивностей и емкостей в погонных элементах модели, что определяет величину констант Kl, Kq , K1/gS и K^s/a2 :
Khc _ KQ.
/ gS
K
gS / a 2
Q0a
iMr.. gS
Ш'
K. _ K^K„gS ■ KgS / a
AlH \ 1
a V L1C1 .
_ J_
rzp. _ K
/ gS
K
gS / a 2
2
(31)
(32)
(33)
При этом константы и Kt вычисляются по формулам (31) и (32) и используются для
расчета возмущений напора и времени переходного процесса в натуре.
В зависимости от выбранных параметров модели величина константы Kh^ лежала в
диапазоне 2,5...4 м/В, константы Kt - (1,8...5,2)105 (то есть переходные процессы в модели идут примерно в сто тысяч раз быстрее, чем в натуре).
Константы KRтг. _ определяют выбор номиналов резисторов модели, условия (34), а Ksina
Rrudp.
- выбор номиналов источников напряжения, имитирующих гидростатический напор в трубопроводе, условия (35).
R1
2£,
\ Qo \ AlHgS a
ш.
K _
sin a
K
Q
K
1/gS
K^V KgS/a2
(34)
(35)
Константы подобия для стационарных процессов определяются в зависимости от параметров, выбранных для динамического режима.
Номиналы источников напряжения определяются:
E1 _
или при заданных Е1 определяются:
AlHSSiM
aQo
sin a _ E1-
aQo
iM0 AlHgS » L1
Ki и Kq = Kqo одинаковы для обоих режимов, величина R1 определяет значение
(36)
(37)
vгидр.
0
sin ОС
условия (25) и (26) - величину констант K^ и Ksina условия (38) и (39). Последние в два раза меньше соответствующих констант для динамического режима.
42
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
K
h ~
KiKQo Кяпог
Qo a [CT Kk
К
W° 2iMo gS\L 1 2 ’
Kh0 _ Ksin a
K
2
C
(38)
(39)
Граничные условия. В начальном сечении линии при защите насоса демпфером, пропускающим колебания давления, но не пропускающим жидкость, поддерживается постоянное давление, равное давлению, развиваемому насосом (40):
Кач. = Касоса. = COnSt • (40)
На модели этому условию соответствует условие (41), которое выполняется автоматически ввиду конструкции модели и выбора ее параметров, рассмотренного выше:
h
у —тт —
M
и = и = насоса = const.
нач
E
K
(41)
C
В конечном сечении обратного трубопровода давление постоянно и равно атмосферному, условие (42), что для модели соответствует поддержанию постоянного напряжения (43).
Кон. = hclmM.. = 10,0М = COnSt ;
h
U
атм.
M
кон.
K
h
C
U
M
= 2...3м = const;
= 0.
(42)
(43)
(44)
Принципиально это возможно выполнить, включая источник напряжения между землей и минусом источника питания Е. Но ввиду малости напряжения (43) оно полагалось равным нулю, то есть в модели это просто заземленная точка, условие (44).
В сечении возмущения принудительно меняется расход жидкости во времени по некоторому закону f(t):
Q(t)x=.= f(t)
t >0
(45)
iM (tM )x
f(K>
K
(46)
Q
Tзадв. Tключа
Т
Н
Т
М
(47)
Выводы. 1. Соответствующее условие для модели имеет вид (46). Но поскольку закон изменения сопротивления электрического ключа во времени неизвестен и неуправляем, обеспечить точное выполнение условия (46) не представляется возможным.
2. Наиболее надежным и в то же время легко реализуемым является условие (47): равенство отношений времени срабатывания запорного устройства к фазе удара для натуры и модели. Выполнение этого условия дает точное решение при прямом ударе и качественно верную картину при непрямом ударе.
3. Итак, как подобие дифференциальных уравнений, так и подобие начальных и граничных условий для натуры и модели выполняются.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бержерон Л. От гидравлического удара в трубах до разряда в электрической сети. - М.: : Машгиз, 1962. - 348 с.
2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: Электрическое поле / Уч. для студ. вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1978. - 231 с.
43
Вісник ПДАБА
3. Бреховский Л. М. Распространение звуковых и инфраразвуковых волн в природных волноводах на большие расстояния. 1960. - УФН. Т. - Вып. 2. - С. 351- 360.
4. Жуковский. Н. Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. - М. : Гос. изд-во технико-теоретич. лит., 1949. - 103 с.
5. Смирнов Д. Н., Зубов Л. Б. Экспериментальные исследования гидравлического удара, сопровождающегося кавитацией потока // Пр. лаборатории. - М. : Стройиздат.1972. - С. 138158.
6. Тетельбаум И. М. Электрическое моделирование. - М. : гос. изд. физ. - мат. лит., 1959.
- 74 с.
7. Чарный А. И. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. - М.: - ГТПИ.
- С. 1951. - 132 с.
УДК 005.8
МЕТОД НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В УПРАВЛЕНИИ ПОРТФЕЛЯМИ ПРОЕКТОВ
Н. С. Руликова, к. т. н., доц.
Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
Ключевые слова: портфель проектов, вектор развития, стратегическое планирование, оценка чувствительности.
Актуальность. Для достижения конкурентных преимуществ сегодня уже недостаточно успешного выполнения отдельно взятых проектов и программ, желательно выполнение всех начатых проектов портфеля. Причем достижение конкурентного преимущества является следствием не только успешной реализации проектов, но и правильного их выбора. Одной из основных при этом является проблема: как связать реализуемые проекты и программы с достижением стратегических целей компании при условии эффективного распределения ограниченных ресурсов по проектам с целью получения максимальной выгоды?
При стратегическом планировании определяется так называемый вектор развития организации [1], который позволяет определить критерии и приоритеты при принятии решений относительно выполнения тех или иных проектов. В свою очередь, методы и средства управления проектами позволяют осуществлять контроль проектов и обеспечивают их выполнение в срок и в рамках заданного бюджета. Однако эти процессы реализуются на разных уровнях управления - на стратегическом и оперативном, поэтому неизбежно возникает ряд вопросов:
В какой степени выполняемые проекты соответствуют поставленным целям?
Соответствует ли структура финансирования поставленным целям?
Есть ли в наличии все необходимые ресурсы? И т. д.
Применение методов управления портфелями проектов дает возможность получить ответы на эти и другие не менее важные вопросы, позволяющие гарантировать, что у организации есть все необходимые ресурсы для выполнения всех стратегически необходимых проектов. Правильный выбор и успешная реализация портфелей проектов является связкой между стратегическим планированием и управлением проектами.
В ходе исследования вопроса об оптимальной стратегии развития вуза через реализацию портфеля инновационных проектов выявлено, что портфель является системой и поэтому к нему могут быть применены методы оценки систем. Кроме этого, поскольку каждый отдельный портфель инновационных проектов вуза (чаще всего) решает только текущие задачи, то общую картину развития вуза мы можем представить в виде нейронной сети, где роль нейрона играет портфель проектов.
В статье на основе модели Леонтьева предлагается решить следующие задачи: оценка чувствительности векторов валовой и конечной продукции, получаемой в ходе выполнения портфеля инновационных проектов вуза при изменении характеристик потребляющих отраслей, и поиск наиболее эффективной цепочки заказа проектов для исследуемой системы развития вуза [2].
Задачу оценки чувствительности будем решать с помощью аппарата искусственных нейронных сетей. В статье рассмотрен многослойный перцептрон, обученный согласно
44
