CC BY
45
Tomsk: Izd-vo Tom. Un-ta, 1987. - S. 75 - 78.
6. Kudryavcev M. N. Izyskaniya i proektirovanie avtomobil'nyh dorog / M. N. Kudryavcev, V. E. Kaganovich. — M. : Izd-vo Transport, 1966. — 364 s.
7. Sistemy vodootvoda [EHlektron, resurs] — Rezhim dostupa: http://www.tophouse.ru/products/vodootvod/drenazh/.
8. Spravochnik proektirovshchika gorodskih dorog / Pod red. V. EH. Knorre. - M. : Izd-vo literatury po stroitel'stvu, 1968. — 366 s.
9. Stepanec V. G. Inzhenernye seti i oborudovanie / V. G. Stepanec. — Omsk: Izd-vo SibADI, 2005. — 116 s.
10. Tekhnologii sovremennogo obustrojstva territorij. Standartpark [EHlektron, resurs] — Rezhim dostupa: http://www.standartpark.ru.
11. Yakovlev S. V. Vodootvedenie i ochistka stochnyh vod / S. V. YAkovlev, YA. A. Karelin, YU. M. Laskov, V. I. Kalicun. — M. : Strojizdat, 1996. — 591 s.
12. Fwa T. F., Kumar Anupam, Ong G. P. Relative effectiveness of grooves in tire and pavement in reducing vehicle hydroplaning risk of electronic resources. Mode of access : http://docs.trb.org/prp/10-1086.pdf.
13. Kirk S ( 1997). Technical review of road accident countermeasures and engineering design features. A comparative study of their relative effectiveness at reducing and preventing accidents. TRL Unpublished Project ReportPR/OSC/125/97. Transport Research Laboratory, Crowthorne.
14. Viner J. G. Rollovers on sideslopes and ditches. Accident Analysis and Prevention, 1995.— Vol 27, No 4, 483 - 491.
15. Zegeer C. V., Reinfurt D. W., Hunter W. W., Hummer J., Stewart R. and Herf L. ( 1987 ) Accident effects of sideslope and other roadside features on two - lane roads. Transportation Research record 1195.
УДК 697.7 - 027.45
НАУКОВО-МЕТОДИЧН1 ОСНОВИВИР1ШЕННЯ ПРОБЛЕМИ НАД1ЙНОСТ1 СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ З ТРУБЧАСТИМИ ГАЗОВИМИ НАГР1ВАЧАМИ
В. В. Ткачова, к. т. н., доц.
Ключовi слова: трубчаст1 газов1 нагр1вач1,надттстъ, безв1дмовтстъ, метод ощнки, критерт надтност1
Постановка проблеми. Основними напрямами економiчного i сощального розвитку починаючи з 1986 i на перюд до 2000 рокубуло передбачено шдвищення забезпеченосп населених мют централiзованим теплопостачанням за рахунок спорудження потужних джерел теплоти.
Надшнють систем енергетики - це, запрацями Ю.М. Руденко,-комплексна властивють, що складасться з одиничних властивостей - безвщмовносп, режимно! керованосп, довговiчностi, безпеки та шших. Одиничш властивосп надшносп децентралiзованих систем теплопостачання практично не дослщжувалися, тому цей напрям науково! роботи актуальний як у науковому, так i в практичному значенш.
Аналiз публжацш.Дослщження надшносп систем теплопостачання з використанням методiв теорп надшносп почали розвиватися у кшщ 1960 - початку 1970-х роюв. Загальш принципи розрахунку i резервування теплових мереж сформулювали в 1972 рощВ. Я. Хасилев i М.К. Такайшвiлi. Пiзнiше цей шдхщ почав розвиватися в роботах Сибiрського енергетичного iнституту (зараз 1нститут систем енергетики iм. Л. А. Мелентьева).
Завдяки роботам проф. М.Я. Розкша та його послiдовникiв напрям дослщження надiйностi систем теплогазопостачання почав розвиватися на кафедрi теплотехнiки i газопостачання Дншропетровського iнженерно-будiвельного iнституту(нинi ДВНЗ ПДАБА) починаючи з кшця 1970- х роюв.
Одиничнi властивостi водяних систем теплопостачання дослщжеш у працях О.О. 1онша, А. П. Меренкова, О. В. Сеново!,В. Г. Сiдлера та шших авторiв.
Загальнотеоретичнi методи забезпечення надшносп технiчних систем, спецiальнi прийоми, як можуть бути ефективно використаш в системах енергетики, викладаеЮ. М. Руденко в [1].
На основi багаторiчного досвiду i знань, накопичених у процесi дослiджень проблеми надшност систем енергетики рiзного типу, в довщнику [2] описанi методи i математичнi моделi, необхiднi для формування рiшень з розвитку та експлуатаци електроенергетичних, газо-, нафто-i теплопостачальних систем.
Велику увагу до проблеми надшност теплопостачання придшявО. О. Iонiн В його монографи [3] розглянуто проблеми та основш поняття надiйностi теплопостачання, загальна постановка розрахунку надiйностi централiзованих систем теплопостачання, принципи проектування i розрахунку надiйних систем теплових мереж, методика розрахунку надшносп резервованих i нерезервованих теплових мереж.
Мета статть. Системи теплопостачання з трубчастими газовими на^вачамиодночасно можуть бути джерелами теплопостачання i опалювальними приладами.Забезпечення надiйностi цих систем - одназ найважливших вимог, що пред'являються до них як на стадп проектування, так i в процесi експлуатаци.
Виникае запитання: чи можна вс науково-методичнi здобутки з надшносп великих систем енергетики перенести на дослщження автономних систем теплопостачання, систем теплопостачання з трубчастими газовими на^вачами? У статп даеться вщповщь.
Виклад матерiалу.На рисунку 1 наведено принципову схему лшшного трубчастого на^вача.Трубчастий газовий тфрачервоний нагр1вач - це рiзновид теплового обладнання, який застосовуеться для на^ву предметiв i обiгрiву примiщень за допомогою шфрачервоного випромiнювання. Якщо мова йде про декшька нагрiвачiв, установлених в одному примщенш, 1х називають «Iнфрачервонi системи» (рис. 2.). Нагрiвачi працюють на основi згоряння повггряно-газово! сумiшi всередиш випромшювально! труби, що пзумовлюе И на^вання до температури 400 С. Тепло виходить вiд джерела таобiгрiвае безпосередньо предмети, що перебувають у зош ди випромiнювання.
\Г
Рис.1. Принципова схема лгнШного трубчастого газового нагргвача: 1 - пальник; 2 - труба-випромтювач; 3 - в1дбивач теплового випром1нювання; 4 - блок в1дведення продукт1в згоряння
0=с£Ь=£Ь=£Ь=£Ьс£Ь=^з1=2==[
Рис.2.Схема системи теплопостачання з трубчастими газовими нагр1вачами
Зпдно з [4], надшшсть - це властивють об'екта виконувати задаш функцп в заданому обсязi за певних умов функщонування.
Спочатку проаналiзуемо стани, згiдно з класифшащею[1], що характеризують надiйнiсть систем теплопостачання з трубчастими газовими на^вачами, далi для стислостi будемо
називати iх загальним термшом-«надшнють СТП з ТГН».
Стани СТП з ТГН можна класифжувати з точки зору надшностк
-можлив1стю виконувати заданI функцп в заданому обсяз1 ¡виконання ними заданих функцш в заданому обсяз\ (рис. 3).
Для СТП з ТГНхарактерштаю стани, як характеризуются вщповщними рiвнями роботоздатностк повнiстю працедатний стан, частково працездатний стан (складають у сукупностi роботоздатний стан), непрацездатний стан I граничний стан(вщповщае випадку, коли усунути неприпустиме зниження рiвня роботоздатностi виявляеться неможливим). СТП з ТГН довести до граничного стану практично неможливо.
Рис.3. Класифжацш стангв системи теплопостачання г со
з трубчастими газовими нагргвачами
сЗ Ю
Стани iншого випадку характерйзуються рiзними вiдносними рiвнями функщонування: повшстю робочий стан, частково *роб§чий стан (складають у сукупност робочий стан), резервний г неробочий стан. Повшсщр працездатний стан СТПз ТГН вщповщае, повнютю робочому стану, а частково працеЩатний стан - частково рШщ? здае1^ повнiстю робочому станi може перебувати i частково працездатна система, якщо вона функцiонуе в
. . и ГО .
умовах, як характеризуются зниженрмирвимогами до 11 працездатностi, поршнянно з тими, на якi вона розрахована. Наприкладй СТП з ТГН унаслщок непередбачено!' зношеностi
пiдшипникiв вентилятораперебувае в^часГково працезоиШюм'ьтат i повнiстю виконуе^св0¥^в^
функцп. К ^ ®
Робочий стан характеризуется режимами роботи СТП з ТГН. При цьому нормальний режим завжди вщповщае повнiсTЮ робочому, а обважнений-насгшро робочому стану. При
нормальному режим1 забезпечуЮтЬСЯ значення заданих параметр1в режиму i резервування у
Cd • 1-н
X Л
Резер!
встановлених межах.
Обважненийрежим розр1зняе(тьсЯтим, щО в!&!Щ[£заЛежно вщ значенйЯ9[ЕрамеТр1в режиму, не забезпечуе резервування у в^ТановЛених межах. Наприклад, обважнений режим може виникати у випадку, коли з чотирьохпрацюючихшсистем! нагрварвждин виходить 1з лад^1 &ванта-при цьому система перебувае у пра^^а^ому •стань НИИ ^Оваж- жений
Кр1м нормального i обважне&ог§, робочий стан нашо'1 системи характерщуятьш також такими поняттями якремонтний,авар^йн^й i пСШШршний. рСЖИМ У Р
Ремонтним називаеться такий режи^ системи, коли частина ÏÏ елементiв перебiвае у сташ запобiжного або аварiйного ремонту. Щ ti
У загальному випадку ремонтнийрежим може бути нормальним i обважненим. Наприклад, якщо один iз нагрiвачiв системи можеШер^бувати у стаМ^ЖЬ^жного, а не аварШнЭГо •ремоту, то ремонтний режим буде називатися^ормальним, тФИЙ Що цей нагрiвач перебуват^мй у ИЙш,
на який система розраховуеться. Щ пеЖИМ .режим .
Аваршний режим виникае зазвичай у результат вщмови частини елементiвl системи i
тривае до моменту локалiзацiï вiдмови цих елеменпв i зумовлених ними вщмов. Локалiзацiя
полягае зазвичай у виведенш з роботи вщмовлених елемеипв i введеннi в роботу елеменпв, якi перебувають у резервному сташ.
Шсляавартним вважаеться режим, у якому система знаходиться в результат вщмови частини И елементiв тсля локатзаци вiдмови до встановлення заданого (нормального або ускладненого) режиму роботи. Як правило, шсляаваршний режим системи -ускладнений. Проте у рядi випадюв пiсляаварiйний режим може бути нормальним, якщо забезпечуеться пiдтримання заданих параметрiв режиму роботи i ступеня резервування у встановлених межах. Пiсляаварiйний режим може вщповщати не тiльки робочому, а й неробочому стану системи, якщо система не може виконати вшх заданих функцш тсля ремонту. Наприклад, автоматика СТП з ТГН вiдключила систему, тому що згорiв вентилятор, унаслiдок чого виникла потреба замши цього елемента. Пюля усунення авари знадобився ручний перезапуск системи, але система знову не запустилась. Цей випадок, однак, рiдкiсний, i через це пiсляаварiйний режим на рисунку 3, буде вщнесений до робочого стану, а його зв'язок iз неробочим станом показаний штриховою лшею.
Резервний стан об'екта - це працездатний стан, у якому вш здшснюе функци резервування шших об'ектiв. Стан навантаженого резерву характеризуеться тим, що об'ект виконуе функци резервування iнших об'ектiв i перебiваев роботi, а ненавантаженого - об'ект виконуе функци резервування iнших об'екпв i не перебiвае в робота Наприклад, роботу СТП з ТГН здшснюютьшють нагрiвачiв, але за шдвищення зовшшньо1 температури повiтря один або два нагрiвачi системи можуть бути вщключеш (ненавантажений резервний стан).
Неробочий стан СТП з ТГН подшяеться на стани ремонту (запобiжного й аваршного) i простою (залежного й аваршного). В неробочому сташ може перебувати якнепрацездатна система, так i повшстю або частково роботоздатна. Останнш випадок вщповщае станам запобiжного ремонту (за умови, що у процес ремонту працездатшсть об'екта не порушуеться або порушуеться тiльки частково) i залежного простою.
Стан запобiжного ремонту характеризуеться тим, що на об'екп проводяться роботи з виявлення, попередження або усунення несправностей, що спричинюють його вщмову.
У станi аваршного ремонту на об'екп проводяться роботи з вщновлення його працездатностi, порушень у результатi вiдмови елементiв системи. Стан аваршного простою вiдрiзняеться вщ попереднього тим, що на об'екп не проводяться роботи з вщновлення його працездатностi. Стан залежного простою виникае внаслщок вимушеного вiдключення шших елеменпв системи або проведення на нш робiт, що потребують вщключення системи. Наприклад, прогар, що виникае в лшшнш частинi труби одного з нагрiвачiв, потребуе вiдключення вше! системитеплопостачання.
Перехiд СТП з ТГН з одного стану в шший може вщбуватисяв результатi вiдмов (аварш), вiдновлювальних операцiй та змiни режиму И роботи.
Методолопя дослiдження надшност СТП з ТГНпередбачае вивчення таких важливих одиничних властивостей як безв1дмовтстъ,режимна кероватстъ г безпека.
Безвгдмовтстъ-властишсть об'екта безупинно збертатипрацездатшсть протягом деякого часу або деякого напрацювання.
У процес експлуатацil корпус пальника зазнаезначних теплових впливiв. Великi перепади температур викликають появу теплових напруг, яю можуть спричинюватипрогари, механiчнiруйнування лiнiйноlчастини на^вача за рахунок термiчноl деформацil. Вщ цих вiдмов залежить працездатнiсть на^вача. Безвiдмовнiсть системи електропостачання iгазопостачанняСТП з ТГН вщносять до надiйностi великих систем енергетики, i в цш статтi не розглядаються.
Критерiй надiйностi - це кшьюснийвираз, що характеризуе надшшстьоб'екта.
Пропонуеться за показник безвiдмовностiприйняти температурну напругу . За
допомогою цього критерда ми зможемо дослщжувати напружено-деформований стан корпуса на^вача iоцiнювати його мщнють пiд час проектування i в процесi експлуатацil.
Пiд час роботи трубчаста частина на^вача значно на^ваеться (температура зовнiшньоl поверхнi труби може досягати 450 - 650 °С). Для правильного розмщення i вибору крiплень пiд час проектування нагрiвачiв необхiдно враховувати змiну довжини труби внаслщок теплового розширення матерiалу у разi змiни температури. Проектування i монтаж нагрiвачiв необх1дно виконувати так, щоб труба могла вшьно рухатися в межах величини розрахункового розширення. У пращ[5] виконано розрахунок температурного перемщення трубиi побудовано математичну модель, у [6] дослщжувався напружено-деформований стан на^вача. Процес
розв'язання задачi подiлявсяна два етапи: визначення температурного поля i обчислення мехашчних деформацiй i напруг.
На рисунку 4наведено лiнiйну частину на^вача в цилiндричних координатах.
Рис.4. Корпус нагр1вача в цил1ндричних координатах
У цилшдричних координатах положення точки Рвизначаеться координатами: г, Q, z (рис. 4).
Координатними поверхнями е цилшдри r=const, напiвплощини e=const, плдщини z=const. Декартовi координати пов'язанi з цитндричними спiввiдношеннями Xj = r cos в, х2 = r sin в, х3 = z.
У цилiндричних координатах сшввщношення мiж компонентами деформацп s r, Sq , s z, s rQ = Sq r, s rz =s zr, s zq = Sq z iкомпонентамивектора перемiщення ur, uq , uz
запишемо:
dur
iг; sq= _
or r
1 fdup
дв
+Ur); Sz =
OUz
Oz
1
SrQ = SQr = '
1 ( dur
, " UQ) +
r {дв Q 1 ( Ouz + OurN
OuQ Or
Рiвняння рiвноваги:
даг 1 (да
- + -I
Sz Sr 2 {dr " Oz /
1 (OuQ 1 Ouz
szQ = sQz = —I —~ +--z
zQ Qz 2 { Oz r дв да
rQ
Or r { дв
+ o,-Oq l + -
дав + 1 (да
Or r { дв да
- + 2ct,q l +
rQ
Oz
да Q
- + —
Or r
1 давz Л
дв + а
+ ■
Oz
даz
+ F. = 0;
■ + Fq= 0;
Oz
+ F„ = 0,
де а r, Oq , а z, а ,q=Oq r, а rz =а zr, а zq=Oq z - компонента напруг;
(1) (2)
:2 (3)
(4)
(5)
(6) (7)
Fr, Fq , Fz -
компонентивектора об'емно! сили F .
Закон Гука можна записати як сшввщношення мiж компонентами напруг i компонентами деформацш:
O = 2S (8)
ав = 2VsQ+teKK; (9)
Oz = 2^sz +ÁsKK, (10)
де SKK=Sr + SQ+Sz ='
Our 1 ( OuQ
■ + -I
Or r { дв
+ ur l +
Oz
s r =
2
z
Таким чином, знаючитермiчнi деформацн, згiдно з (8), (9), (10),можна розрахувати напружено-деформований стан лшшно! частини HarpiBa4a.
Максимальнi TenroBi напруги а max, що виникають у стiнцi оболонки, визначають:
Onax =ав
S=0 = 1aE (T1 - T2)
z=±h/2
2
у/зЬ-v
(11)
Вiдповiдно до норм [7], розрахунок на мщшсть високотемпературних елемештв проводять за критeрiями мщносп: тимчасовим опором a т, границею плинносп ап i границею тривало!
мiцностi aтм заробочо! температур.
Номiнальну допустиму напругу [а] визначають як найменшу з величини:
[а]
f а а а Л
= min
т
n n n
\ т п тм у
дeкоeфiцieнти запасу дорiвнюють ат = 2,6, ап = атм = 1,5 .
Умовамщносп: атах < [а](12).
Висновки. Наведена класифiкацiя сташв великих систем енергетики може бути перенесена на системи теплопостачання з трубчастими газовими на^вачами. Запропоновано критерш надiйностi для бeзвiдмовностi. Викладено метод його розрахунку.
ВИКОРИСТАН1ДЖЕРЕЛА
1. Руденко Ю. Н. Надежность систем энергетики /Ю. Н.Руденко, И. А. Ушаков // М. : Наука, 1989. - 325 с.
2. Надежность систем энергетики и их оборудования: Справочник: в 4 т. Т. 3: Надежность систем газо- и нефтеснабжения /М. Г. Сухарев,С. Г. Бабаев, А. М. Бейлин[и др].; под ред. М. Г. Сухарева. - М. : Недра, 1994. -Кн.2. -287 с.; Т. 4: Надежность систем теплоснабжения / Е.В. Сеннова, А.В. Смирнов, А.А. Ионин и др. - Новосибирск: Наука,2000. -351с.
3. Ионин А.А.Надежность систем тепловых сетей / А.А. Ионин.-М.:Стройиздат, 1989.-268с.
4. Надежность систем энергетики. Терминология: сб.рекомендуемых терминов. - М. : Наука, 1980. - Вып. 95. - 44 с.
5. Иродов Вячеслав. Расчет температурных удлинений инфракрасного трубчатого газовогообогревателя / Валерия Ткачева, Леонтина Солод // TheoreticalFoundationsofCivilEngineering. -2011. -V.19. -P. 381-386.
6. ДанишевскийВ.В.Термоупругое напряженно-деформированное состояние корпуса газовой горелки / В. Ф. Иродов, В.В. Ткачева // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. тр. - Д. :ПГАСА. - 2013. -Вып. 70. - С.84-92.
7. Нормы расчета на прочность элементов реакторов, парогенераторов, сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок. - М.: Металлургия, 1973. - 408с.
SUMMARY
ProblemStatement. Reliability is a complex property that can comprise several single properties depending on the object purpose, conditions of its operation, considered space or time level of control hierarchy. The single of reliability properties of decentralized heat supply systems havenot investigated practically. Necessity for including these properties in the notion «reliability» is caused by specific features of heat supply systems with tube gas heaters.This direction of research is relevant both scientific and practical values.
Analyzing of the resent research.The researchingof reliability of heat supply systems with the use of methods of reliability theory began to develop in the late 1960 - early 1970s. General principles of calculation and backup heating systems were formulated in 1972 by V.Ya. Hasylev and M. K.
Takayshvili. Later this approach began to develop inresearching of the Siberian Energy Institute (now the Institute of Energy named after L.A.Melentyev).Many scientists such as M. Rozkin,A. Ionin, A. Merenkov, E.Sennova, V. Sidlerand otherswere working onreliability's problems.General theoretical methods to ensure the reliability of technical systems, special techniques that can be effectively used in systems of power were worked out byYu.N.Rudenko.
Researchobjective.Reliability can be determined as an gas tube heaters property to perform the prescribed functions in the prescribed volume at certain conditions of operation. Ensuring reliability of heat supply systems with gas tube heaters is one of the most important requirements to them as at the design stage and during operation. The article provides an answer the question: «Can we all scientific - methodical achievements of the reliability of large systems of energy transfer to the research of decentralized heating systems, heating systems with tube heaters?».
Conclusions.It is considered the heat supply systems with gas tube heaters. During operation any energy object can be found in different states, determined by the states of its components. The states characterizing reliability are operating, inoperable and limit states. The classification of statesfor reliability definition is given.
A part of tube of the heater is heated (the temperature of the outer surface of the tube can reach 450 - 650°C). In the desing of the heaters you should consider changing the length of the pipe due to thermal expansion of the material with temperature and the proper selection and placement of fixture. Design and installation of heaters must be performed by the way when the pipe could move freely within the value calculated elongation.Failure - free operation indice of reliability that can be used to study of heat supply systems with tube gas heatersreliability was proposed.Methodandmathematicalmodelofindicecalculationarepresented.
REFERENCES
1. Rudenko Yu. N. Nadezhnost sistem energetiki / Yu. N. Rudenko, I. A. Ushakov // M. : Nauka, 1989. - 325 s.
2. Nadezhnost sistem energetiki i ih oborudovaniya: Spravochnik: v 4-h t. T. 3: Nadezhnost sistem gazo- i neftesnabzheniya / M. G. Suharev, S. G. Babaev, A. M. Beylin, [i dr].; pod red. M. G. Suhareva. - M. : Nedra, 1994. - Kn.2. - 287 s.; T. 4: Nadezhnost sistem teplosnabzheniya / E. V. Sennova, A. V. Smirnov, A. A. Ionin i dr. - Novosibirsk: Nauka, 2000. - 351 s.
3. Ionin A. A. Nadezhnost sistem teplovyih setey / A. A. Ionin. - M. : Stroyizdat, 1989.-268 s.
4. Nadezhnost sistem energetiki. Terminologiya: Sb. rekomenduemyih terminov. - M. : Nauka, 1980. - Vyip. 95. - 44 s.
5. Irodov Vyacheslav. Raschet temperaturnyih udlineniy infrakrasnogo trubchatogo gazovogo obogrevatelya / Valeriya Tkacheva, Leontina Solod // Theoretical Foundations of Civil Engineering. -2011. - V.19. - P. 381-386.
6. Danishevskiy V. V. Termouprugoe napryazhenno - deformirovannoe sostoyanie korpusa gazovoy gorelki / V. F. Irodov, V. V. Tkacheva // Stroitelstvo, materialovedenie, mashinostroenie: Sb. nauchn. trudov. - D. : PGASA. - 2013. -Vyip. 70. - S. 84-92.
7. Normyi rascheta na prochnost elementov reaktorov, parogeneratorov, sosudov i truboprovodov atomnyih elektrostantsiy, opyitnyih i issledovatelskih yadernyih reaktorov i ustanovok. - M. : Metallurgiya, 1973. - 408 s.
UDC 519.6
SIMULATION OF THE ATMOSPHERE POLLUTION IN THE CASE OF ACCIDENTS
E. Gunko, Cand. of Techn. Sc., Do.
Dnepropetrovsk National University of Railway Engineering
Key words:atmosphere pollution, numerical simulation, pollutant dispersion
Introduction.The prediction of the concentration of the toxic gas in the atmosphere is the main information which is necessary to know in the case of toxic gas release after accidents. This information is very important to assess the danger level after the accident and to organize the protectionor evacuation of the population. To solve this problem it is necessary to calculate the toxic gas dispersion in the atmosphere. The emergency service is in need nowadays of the effective tool to
