Цель статьи - рассмотрение методов оценки эффективности перевода дизельных электростанций на альтернативные виды топлива. Для обеспечения изолированных удаленных районов Крайнего Севера электроэнергией применяются дизельные электростанции, на которых используется дорогостоящее привозное дизельное топливо. Стоимость производимой на нем электроэнергии колеблется от 10 до 40 руб./кВт∙ч. Освоение месторождений полезных ископаемых в этих районах (таких как природный газ и нефть), позволяет переводить местные дизельные электростанции на другие виды топлива. Данный переход требует значительных инвестиций в модернизацию существующих дизельных электростанций. Для этого необходимо технико-экономическое обоснование перевода на другие виды топлива. В исследованиях использованы официальные данные, методы сравнительного анализа и результаты расчетов автора. Расчеты произведены на производственно-финансовой модели. Дана краткая характеристика мировой практики оценки экономической эффективности инвестиционных проектов. Представлен метод оценки эффективности перевода действующих дизельных электростанций на альтернативные виды топлива (природный газ). Представителями энергосберегающей политики предлагается постепенный переход действующих дизельных электростанций на альтернативные виды топлива, экономически и технически более выгодные в тех или иных условиях удаленных территорий Крайнего Севера. На примере перевода существующей дизельной электростанции на природный газ появилась возможность оценить высокую эффективность данного проекта.

Цель данной работы - описание усовершенствованной методики идентификации (настройки, верификации) параметров математических моделей сложного теплоэнергетического оборудования. Данная методика позволяет более эффективно выявлять грубые погрешности измерений контрольных параметров, используемых для идентификации математической модели эксплуатируемого оборудования, оценивать корректность и исправлять ошибки построения самой математической модели, повышать точность идентификации. Кроме того, в статье описывается оригинальный подход учета влияния нагрузки энергоблока на внутренние относительные коэффициенты отсеков турбины, которую можно применять и для других настраиваемых коэффициентов математической модели, нелинейно зависящих от режима работы оборудования. Усовершенствованная методика идентификации математических моделей была апробирована на построенной автором подробной математической модели современного энергоблока мощностью 225 МВт. В статье приводятся результаты решения задачи идентификации математической модели энергоблока и пример оптимизационного расчета реального режима работы с целью снижения удельного расхода топлива на выработку электроэнергии.

Цель - анализ электромагнитного поля, создаваемого тяговой сетью 25 кВ переменного тока на железнодорожных станциях. Применены методы расчетов напряженностей электромагнитного поля и вектора Пойнтинга на основе определения режимов систем тягового электроснабжения в фазных координатах, реализованных в программном комплексе «Fazonord». Расчеты напряженностей электромагнитного поля железнодорожных станций показывают сложность систем тягового электроснабжения из-за большого количества путей и контактных подвесок, наличия металлических вагонов и цистерн, которые могут длительное время находиться на станционных путях. Кроме того, на характер распределения электромагнитного поля влияют металлические трубопроводы и ограждения, а также железобетонные пассажирские платформы. При транзите мощности через контактную сеть станции 10 + j 10 МВ·А, что близко к пределу нагрузочной способности одного тягового трансформатора мощностью 40000 кВ·А, напряженность магнитного поля на уровне 1,8 м (из-за распределенности токовой нагрузки на контактные сети нескольких путей) существенно меньше напряженности магнитного поля на перегоне. Амплитудные значения напряженности магнитного поля в расчетных примерах не превышают 30 А/м. Наличие подвижного состава значительно снижает плотность потока электромагнитной энергии на пассажирских платформах, а также уровень неблагоприятного воздействия электромагнитного поля на организм человека. Вагоны и цистерны на путях станции приводят к снижению напряженностей электрического и магнитного полей примерно вдвое. Однако наличие подземного трубопровода вблизи станционных путей обусловливает увеличение напряженности магнитного поля в области пространства, расположенного над трубопроводом (из-за существующих на трубопроводе токов). Дополнительно выполнены расчеты изменения поля во времени, обусловленного движением поездов, что позволяет получить наиболее полную картину условий электромагнитной безопасности на железнодорожных станциях.

Целью данной статьи является исследование различных способов реализации системы ослабления поля тяговых электродвигателей электровозов постоянного и переменного токов, выявление достоинств и недостатков. На их основании разработана и предложена система ослабления поля тяговых электродвигателей электровоза переменного тока с энергосберегающим способом управления, выполненная на базе IGBT-транзисторов. Применен метод сравнительного анализа устройств, принципов работы, а также достоинств и недостатков различных способов реализации систем ослабления поля тяговых электродвигателей электровозов постоянного и переменного тока. Рассмотрев существующие системы ослабления поля тяговых электродвигателей электровозов постоянного и переменного тока, были выявлены все их недостатки. Проанализировав современные научные труды ученых и специалистов, посвященные совершенствованию системы ослабления поля тяговых электродвигателей, можно сделать вывод, что все работы направлены на то, чтобы исключить индуктивный шунт из силовой цепи, обеспечивая надежную защиту при нестационарных режимах работы электровоза. На основании проведенного анализа недостатков различных способов реализации систем ослабления поля тяговых электродвигателей предложена усовершенствованная система, позволяющая заменить индуктивный шунт на IGBT-транзистор с энергосберегающим алгоритмом управления, способная обеспечивать надежную защиту при нестационарных режимах работы электровоза.

В настоящей работе проведены экспериментальные исследования нагретых материалов с температурой поверхности от 313 до 363 К, транспортируемых в производственных условиях при помощи конвейеров с целью получения данных, необходимых при проектировании систем отопления и вентиляции конвейерных галерей. Экспериментальные исследования проведены аналитически в лабораторном масштабе на стенде, позволившем максимально точно смоделировать натурные условия, соответствующие производственным. Определены факторы, влияющие на теплообмен нагретых материалов с температурой от 313 до 363 К в условиях конвейерной транспортировки, а также получены расчетные зависимости для определения тепловыделений от поверхности данных материалов. Представленные в настоящей работе данные можно считать более достоверными по сравнению с результатами авторов предыдущих исследований, поскольку проведенные ими работы осуществлены на менее совершенном оборудовании, не позволяющем точно смоделировать натурные производственные условия. Выявлены эмпирические зависимости, позволяющие определить локальные и средние коэффициенты общей и конвективной теплоотдачи при конвейерной транспортировке материалов с температурой от 313 до 363 К, а также рассчитать тепловой поток, поступающий от их поверхности. Полученные данные необходимы при проектировании систем отопления и вентиляции производственных помещений, в которых осуществляется конвейерная транспортировка нагретых материалов с температурой поверхности от 313 до 363 К.

Цель исследования - разработка и исследование трехфазных мостовых выпрямителей и инверторов. Для достижения цели использовались методы имитационного моделирования в среде SimPowerSystems/Simulink комплекса MATLAB. Предложены модели неуправляемого и управляемого трехфазного мостового выпрямителя, а также инверторов: автономного мостового, автономного со стабилизированным напряжением, трехфазного мостового (ведомого сетью в среде SimPowerSystems/Simulink комплекса MATLAB). Проведенные исследования на разработанных моделях показали корректность использования математического аппарата и принципов управления полупроводниковыми приборами. Разработанные модели могут применяться для проведения исследований систем электроснабжения, содержащих источники возобновляемой энергии (как солнечные батареи), которые могут использоваться совместно с накопителями электрической энергии, требующими наличия инверторных и выпрямительных устройств для их соединения с электрической сетью.

Цель - сформировать дифференциальные уравнения новой математической модели, а также системы уравнений для построения установившихся и переходных режимов работы силовых трансформаторов (однофазных с одинаковыми вторичными обмотками). Такие трансформаторы широко используются в качестве печных (на ферросплавном производстве и в металлургии), для сохранности от коротких замыканий внедряют токовые защиты, производство которых должно осуществляться с учетом их эксплуатационных условий в стационарных и переходных режимах активизации. Особое место среди силовых трансформаторов занимают печные однофазные трансформаторы с расщепленной вторичной обмоткой, расщепление которой представляет собой одинаковые одновитковые изолированные обмотки, выполненные шиной большого сечения. Для моделирования токов в обмотках такого трансформатора в произвольном режиме работы в наибольшей степени подходит математическая модель, дифференциальные уравнения которой составлены по второму закону Кирхгоффа. При этом число уравнений в рассматриваемой математической модели будет равняться числу обмоток и их элементов у данного трансформатора, что делает невозможным использование для расчета токов в обмотках трансформатора итерационных методов, например, широко известного метода Гаусса. Это вызвано тем, что в указанных методах от погрешности расчета зависит число операций. Однако решение системы дифференциальных уравнений для многообмоточного трансформатора является достаточно сложной задачей. В связи с этим предложен метод замены всех одинаковых вторичных обмоток одной эквивалентной. С учетом этого сформированы дифференциальные уравнения новой математической схемы, а также системы уравнений для установления переходных этапов работы. Осуществлена проверка адекватности этого варианта в стационарном режиме использования путем сопоставления результатов моделирования и эксперимента.

Цель - разработать топливно-энергетические балансы восточных регионов России (Сибирь, Дальний Восток); с помощью перспективных топливно-энергетических балансов и статистических методов выполнить прогноз энергоемкости валового регионального продукта восточных регионов и необходимых для роста энергоэффективности затрат на технологические инновации. Исследование базируется на методах экономико-математического моделирования, системного и корреляционно-регрессионного анализов, балансовых составляющих. Разработанный авторами методический подход является развитием имеющихся теоретических знаний в данной предметной области. Составлены отчетные и прогнозные топливно-энергетические балансы восточных регионов России. С использованием системы экономико-математических моделей выполнен долгосрочный прогноз (до 2050 г.) топливно-энергетических балансов и динамики энергоемкости валового регионального продукта восточных регионов России. Для достижения расчетных уровней снижения энергоемкости валового регионального продукта выполнен прогноз роста затрат на технологические инновации в экономике этого края. Согласно выполненному исследованию, снижение энергоемкости валового регионального продукта восточных регионов России по умеренному сценарию развития экономики и топливно-энергетического комплекса к 2050 г. может достигнуть 56-75% (по сравнению с 2016 г.), для этого потребуются как структурные изменения в топливно-энергетическом балансе, так и рост затрат на технологические инновации к окончанию исследуемого периода до 4,4-4,7 млрд долл. (на 31-38%). Для более оптимистичных прогнозов развития топливно-энергетического комплекса исследуемого края (при умеренном сценарии социально-экономического развития), энергоемкость валового регионального продукта может снизиться в 1,8-2,2 раза к 2050 г. по сравнению с 2016 г., что потребует роста ежегодных затрат на технологические инновации до 4,8-5,1 млрд долл. (на 41-50%).

Целью работы является повышение эффективности механической обработки деталей из труднообрабатываемых материалов путем применения специальных конструкций торцовых фрез с переменными схемами резания. В ходе работы применялись экспериментальные и теоретические методы исследования повышения работоспособности необходимых конструкций торцовых фрез с неперетачиваемыми пластинками твердых сплавов для обработки труднообрабатывамых материалов на стадии их проектирования. Разработана методика проектирования специальных конструкций торцовых фрез с неперетачиваемыми пластинками твердых сплавов для фрезерования труднообрабатываемых материалов как для черновой, так и чистовой обработки. Использование расчетных методов позволяет исключить влияние субъективных факторов на качество проектирования и снижает его трудоемкость. Применение необходимых торцовых фрез с неперетачиваемыми пластинками твердых сплавов, работающих с обратными стружками, повышает эффективность как черновой, так и чистовой механической обработки деталей из труднообрабатываемых материалов, и, как показали результаты лабораторных и производственных испытаний, обеспечивает интенсификацию съема металла от 2 до 10 раз. В ряде случаев они являются единственно возможным вариантом обработки в производственных условиях.

Цель - создание автоматизированной системы технологического процесса сушки древесины, позволяющей исследовать физические процессы, протекающие в сушильной камере. Применяется комбинированный метод сушки пиломатериалов, который сочетает осциллирующий режим с естественной циркуляцией, включающей кратковременное циклическое открывание выпускного клапана сушильной камеры, с периодическим запуском принудительного вращения. Разработан алгоритм комбинированного режима сушки пиломатериалов. Предложена функциональная схема автоматизированной системы научных исследований технологического момента сушки древесины. Реализована схема упорядоченной автоматики научных исследований технологического процесса сушки древесины, которая позволяет управлять им, а также исследовать физические процессы, протекающие в сушильной камере. Автоматический этап управления профильных разработок технологического действия сушки древесины основан на использовании современных информационно-управляющих устройств, таких как программируемый логический контроллер, микропроцессорные регуляторы и промышленный преобразователь частоты.

Цель - определение величин упругих перемещений оправок при оценке напряженно-деформированного состояния сборных конструкций «шпиндель-инструментальная оправка», выполненных на основе конических разъемных профильных соединений в условиях статического нагружения. Оценка точности и прочности конического разъемного профильного соединения с равноосным контуром с числом граней равным трем узла шпиндель-инструментальной оправки, предназначенного для передачи крутящего момента. Для исследования напряженно-деформированного состояния модульной системы вспомогательного инструмента на основе профильных соединений использовались методы численного решения задач теории упругости, в том числе метод конечных элементов, а также методы математической статистики и вычислительной техники. Предложены результаты комплексного исследования, напряженно-деформированного состояния сборных конструкций шпиндельного узла многоцелевых станков, а именно: модульной системы вспомогательного инструмента на основе профильных соединений с равноосным контуром. Проведен анализ влияния конструктивных параметров конического профильного соединения, а также сил закрепления (при способе фиксации по величине сборочной силы), величин предельных внешних нагрузок, сил трения на точность и прочность сопряжения шпиндель-инструментальной оправки с профильной посадочной поверхностью хвостовика для реальных размеров сборной конструкции модуля. Определены величины упругих перемещений сечений инструментальных оправок по посадочной длине профильного соединения с использованием математического аппарата метода конечных элементов на основе сплайн-аппроксимации и вариационно-энергетического принципа метода перемещений теории упругости. Рассчитаны величины упругих перемещений оправки; напряжений в радиальном, нормальном и окружном направлениях по объему инструментальной оправки и шпинделя. Для расчетов применялось программное обеспечение в среде FEMAP 11.1 with NX NASTRAN. Установлено, что величины упругих перемещений сечений инструментальной оправки изменяются нелинейно, и их величина на торце не превышает 1,8 мкм при предельных внешних нагрузках соединения. Соответственно, максимальные величины нормальных контактных напряжений в крайних сечениях шпинделя не превышают 7,71 МПа.

Цель исследования - создание методики определения входных параметров высокочастотного оборудования (для реализации диагностирования в режиме автоматизации), повышение качества изделий из полимерных материалов в условиях современного производства. В представленной научной работе рассматривается высокочастотный метод контроля изделий из полимерных композиционных материалов. Приводится обоснование выбора метода высокочастотного диагностирования как наиболее подходящего для проведения неразрушающего контроля. Описываются существующие проблемы технологических операций диагностирования и улучшения эксплуатационных свойств полимеров. Поставленная цель достигается путем анализа исследовательских работ, а также проведенных экспериментальных исследований в данной области. Описываются основные параметры контроля и процесс воздействия высокочастотного излучения на изделия различных форм и размеров. В работе представлены графические результаты. Создан программный комплекс, реализующий расчет параметров диагностирования изделий в режиме автоматизации, описываются результаты экспериментальных исследований с целью подтверждения выдвинутых гипотез и принятых математических решений выбора входных параметров. Была создана методика определения и установки главных параметров высокочастотного оборудования с целью реализации диагностирования и повышения эксплуатационных свойств в режиме автоматизации.

Цель - разработать математические модели и алгоритмы на основе метода конечных элементов для анализа чувствительности колебаний деталей машин и элементов конструкций к изменению проектных параметров. В работе представлен алгоритм анализа чувствительности на основе метода конечных элементов, а также результаты расчета чувствительности свободных колебаний компрессорной лопатки к изменению толщины ее профиля. Использован метод конечных элементов в перемещениях. Для решения систем линейных алгебраических уравнений используется классический метод Гаусса. В результате проведенных исследований для анализа колебаний предложен разработанный метод коэффициентов чувствительности частот. С помощью разработанных математических моделей, алгоритмов и методов проведен анализ чувствительности собственных колебаний рабочей лопатки ротора к изменению толщины профиля. Результаты расчетов показали, что погрешность прогноза частот по коэффициентам чувствительности невелика по сравнению с расчетом модифицированных моделей, что позволяет использовать коэффициенты чувствительности для оценки возможных проектов лопатки. Приведенные результаты расчетов демонстрируют достаточно малую погрешность, что позволяет применять разработанный метод анализа колебаний собственных частот с использованием коэффициентов чувствительности при оптимальном проектировании рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Использование коэффициентов чувствительности позволяет оценить влияние изменения местной толщины профиля на спектр колебаний лопатки, что значительно повышает эффективность работ по оптимизации конструкции при ее проектировании.

Целью статьи является рассмотрение вопросов прочностного расчета изделий (на примере ударника), воспринимающих кратковременные нагрузки. Приводится методика расчета прочности основного элемента конструкции механизма реальной задачи расчета ударника - устройства, которое используется совместно со строительным перфоратором. Расчеты позволяют определить наилучшие размеры формы бойка ударника. При этом перфоратор задает кратковременно действующую силу на инструмент (ударник), которая расходуется на перемещение, нагрев элементов инструмента и частично возвращается обратно на механизм перфоратора. Энергия удара может достигать до 20 Дж, частота ударной нагрузки строительного перфоратора находится в диапазоне 17…35 Гц. Эксперимент показал, что кроме расчетов на статическую прочность необходимо также провести частотный анализ критических значений собственных частот колебаний конструкции. Полученные результаты были проанализированы на нормальные и максимально допустимые напряжения. Разработана методика определения статической нагрузки конструкции и ее динамического коэффициента под действием периодической ударной нагрузки. Выполненные расчеты статического нагружения и гармонического анализа позволяют определить прочность конструкции проектируемого изделия, подобрать материал заготовки, определить динамический коэффициент. Предложенный метод расчетов можно использовать не только для решения описанной в статье задачи, но и целого класса задач с ударной нагрузкой, в которых учитывается время приложения силы или длительность импульса силы.

Важной актуальной задачей в производстве огнеупоров для металлургических целей на настоящий момент является повышение качества огнеупорных изделий и снижение удельного расхода этих изделий на единицу продукции посредством использования современных ресурсосберегающих процессов. Существенными показателями, влияющими на эксплуатационные свойства огнеупоров, являются прочность и пористость. В качестве объекта исследования были выбраны огнеупорные изделия, изготовленные с использованием в глинистой связке глин месторождения Белое Глинище (Карагандинская область). Использование сырья казахстанского происхождения способствует снижению стоимости продукции, также снижению импорта ввозимых товаров, а при условии получения огнеупорных материалов с более высокими механическими и эксплуатационными характеристиками дает перспективу экспорта продукции. Определена пористость огнеупорных изделий, изготовленных с использованием глин разных месторождений. Также определено влияние влажности шамотной смеси на прочность сжатия огнеупорных изделий. Определено, что наиболее целесообразным является следующий технологический режим изготовления огнеупорных изделий: прессование образцов из шихты - 12 с, базовое (начальное) давление - 22 МПа, которое через 7-8 с повышали до 27 МПа. Далее спекание проводится при температуре 1250-1270°С в течение 12 ч. Использование в композиции глинистой связки глины месторождения Белое Глинище позволяет добиться равномерной пористости и повышенной прочности изделия.

Повышение коррозионной стойкости нагревательных трубчатых печей с применением специального ингибитора коррозии марки СНПХ - 6030 «Б» является экономичным способом и играет важную роль для нефтяной промышленности, поскольку полная замена змеевиков трубчатых печей из-за коррозии будет дорогостоящим процессом. Наличие тяжелых металлов, металлических соединений и других примесей в сырой нефти отрицательно влияет на коррозионную стойкость оборудования и установок нефтеперерабатывающих заводов. В работе использованы современные методы: химический анализ и атомно-абсорбционная спектроскопия (на приборе VARIAN-SPECTRA AA 220 FS), они проводились с помощью аналитического сканирующего (растрового) электронного микроскопа VEGA3 TESCAN. Микрорентгеноспектральный анализ состава фаз, присутствующих в материалах змеевика, проводился методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на спектрометре Oxford INCA Energy EDS. Анализ коррозионной стойкости змеевика выполнен методом весовых потерь. Проведенные исследования показали, что образуется точеная коррозия, которую можно отнести к электрохимическому типу. Предлагаемый ингибитор является эффективным для увеличения коррозионной стойкости материала змеевиков трубчатых печей за счет снижения скорости коррозии. Наилучшие результаты были достигнуты с использованием выбранного ингибитора при следующих условиях: продолжительность ̶ 48 ч, концентрация ингибитора - 0,02% масс., температура - 100°С; эффективность снижения скорости коррозии при данных условиях достигла 97,94%.

Целью работы является расчет нагрева стального стержня (кристаллизатора), определение времени его нагревания до заданной температуры, а также температуры нагрева металла при частичном погружении в алюминиевый расплав. Проведен расчет нагрева стального стержня в алюминиевом расплаве в заданном интервале температур от 670 до 810°С. В ходе проведенных расчетов нагрева кристаллизатора предложен новый способ кристаллизационного рафинирования технического алюминия и обоснована его эффективность. Предлагаемый способ заключается в выделении примесей железа и кремния из алюминиевого расплава путем резкого понижения его температуры за счет погружения в поверхностный слой металла массивного стального тела, выполняющего функцию кристаллизатора. Установлено, что разница между температурой конца стержня, погруженного в расплав (горячего конца), и температурой алюминиевого расплава (время выдержки стержня в расплаве - 30 с, глубина погружения - 5 см) находится в диапазоне 226-260°С. Наличие значительной разности температур между кристаллизатором и алюминиевым расплавом обусловливает возможность использования предлагаемого способа для реализации процесса глубокого рафинирования технического алюминия.

Цель - изучение процесса получения лигатур «Mg-редкоземельные металлы» и определение перечня факторов магниетермического процесса для выявления оптимальных технологических режимов. В работе использованы различные современные методы анализов: рентгенофлуоресцентный проведен с помощью последовательного рентгенофлуоресцентного спектрометра XRF-1800 («Shimadzu», Япония); идентификация фаз выполнялась с применением рентгеновского порошкового дифрактометра XRD-6000 («Shimadzu», Япония); комплексный термический проводился на установке STA 429 CD («NETZSCH», Германия) в алундовых тиглях с крышками в потоке аргона (с использованием держателя тиглей). В результате металлотермического восстановления неодима и гадолиния из фторидно-хлоридных расплавов магнием получены лигатуры «Mg-редкоземельные металлы» с различным процентным содержанием легирующих элементов. Предлагаемый способ восстановления редкоземельных металлов из фторидно-хлоридных расплавов позволяет извлекать неодим и гадолиний в процентном соотношении до 97,4%. Полученные лигатуры характеризуются однородностью и жидкотекучестью, что способствует их равномерной разливке по изложницам.