Цель - комплексное преобразование теплоснабжающих систем с целью повышения их надежности, управляемости, экономичности и создания комфортных условий для потребителей; формирование методических принципов построения новых современных теплоснабжающих систем и разработка актуального вычислительного инструментария по оптимальному планированию развития и функционирования теплоснабжающих систем. Использована методология многоуровневого структурирования и декомпозиции, современных методов математического моделирования и оптимизации, модели и методы теории гидравлических цепей и теории управления. Определены перспективные направления развития централизованного и децентрализованного теплоснабжения, рассмотрены энергоэффективные технологии производства энергии на базе когенерации, апробированы рекомендации по объемам и срокам реконструкции действующих и планируемых в перспективе теплоэнергетических объектов по годам на период до 2023 г., а также проанализированы механизмы формирования стабильных и благоприятных условий привлечения инвестиций. Получена комплексная оценка ситуации с теплоснабжением в регионе, отражающая особенности и проблемы текущего состояния, которое позволило определить рациональные пути их устранения.

Цель - оценка эффективности использования параллельно работающих с электрической сетью солнечных электростанций для организаций и предприятий Республики Хакасия, ведущих расчет за электроэнергию по нерегулируемому тарифу. Исследование проведено при помощи визуального анализа графиков исходных данных, статистического и компьютерного моделирования с использованием программы PVSYST. Выполнен анализ электропотребления и тарифов на электроэнергию рассматриваемых объектов. Обосновано применение солнечной электростанции, работающей параллельно с существующей электрической сетью. Выбрана структурная схема солнечной электростанции и способ ее подключения. Определены капиталовложения в объекты. Рассчитаны сроки окупаемости электростанций. Наибольший эффект дает применение параллельно работающих с сетью солнечных электростанций для предприятий и организаций, ведущих расчет за электроэнергию по нерегулируемым тарифам первой ценовой категории. Применение параллельно работающих с сетью солнечных электростанций целесообразно без выдачи мощности в централизованную электрическую сеть в связи со сложностью оформления такого подключения и низкими закупочными ценами на электроэнергию.

Цель - представить результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния коэффициента поверхностного натяжения суспензионного топлива на механизм дробления капель различных размеров. Экспериментальные исследования выполнены на стенде - аэродинамическом имитаторе топки энергетического котла. Для приготовления суспензионного топлива использовался каменный уголь фракции 200·10^-6 м и менее. В качестве пластификатора применялся лигносульфонат в количестве 1% от массы угля. Экспериментально определены значения скоростей и размеров капель. Установлены характерные диапазоны скоростей капель в потоке при пневмомеханическом распыле: 0-8 м/с; 8-35 м/с; 35 м/с и более. Рассмотрен диапазон изменения коэффициента поверхностного натяжения от 0,05 до 0,07 Н/м. Проанализированы капли суспензионного топлива размером от 50 до 500 мкм. При обработке результатов не учитывались образующиеся частицы-аэрозоли размером 1 мкм и менее. Определены характерные границы участков некоторых механизмов дробления капель. Теоретически подтверждено влияние коэффициента поверхностного натяжения суспензионного топлива на процесс разрушения капель. Установлено, что капли размером 50-150 мкм наиболее подвержены вибрационному дроблению. Капли размером 450-500 мкм совершенно не подвержены вибрационному дроблению в процессе пневмомеханического распыла в исследуемой области скоростей. Получены выражения, позволяющие оценить критерий We при давлении суспензии 0,2 МПа и воздуха 0,18 МПа. Представленные результаты экспериментальных и теоретических исследований носят прогностический характер и могут быть использованы при математическом и физическом моделировании процесса распыла суспензионных топлив в топках энергетических котлов с целью оценки аэродинамических характеристик проектируемых и действующих агрегатов.

Целью работы является создание энергосберегающего устройства, обеспечивающего преобразование тепловой энергии в электрическую. Обзор технических решений в исследуемой области показал возможность использования модулей термоэлектрического преобразования для выработки электроэнергии на производственные нужды. В рамках проведенных исследований создана лабораторная установка и проведены исследовательские испытания модулей термоэлектрического преобразования. Эксперименты выполнялись при различных градиентах температур теплопередающих поверхностей. Была разработана конструкция блока термоэлектрического преобразователя, состоящего из 12 модулей, радиатора охлаждения и коммутационного блока. Проведены опытно-промышленные испытания блока термоэлектрического преобразования в системе газоочистных сооружений алюминиевого завода. Полученные результаты подтверждают, что устройство может обеспечить выработку электроэнергии, достаточную для искусственного освещения промышленной площадки. Авторами предложен вариант компоновки блоков термоэлектрического преобразования для установки газоходных трактов, предназначенных для транспортировки горячих газов или жидкостей. Количество модулей в блоке, их тип и способ электрического соединения могут быть изменены в зависимости от требований выходных энергетических параметров, габаритных размеров газоходов, а также условий эксплуатации и монтажа. Результаты исследований целесообразно использовать в энергетической, нефтегазовой, металлургической и химической отраслях.

Цель - разработать модели, позволяющие учитывать динамику объекта. Динамические модели позволяют точнее прогнозировать и управлять процессом по сравнению с классическими системами автоматического управления. Данное исследование относится к усовершенствованию методов управления газовоздушным трактом котельного агрегата в процессе производства пара. В статье рассматривается применение известной методики Д.Ж. Бокса и Г. Дженкинса для идентификации процесса производства пара. В качестве объекта исследования выбран котельный агрегат, который является очень сложной и взаимосвязанной системой, описанной как динамический стохастический объект с неконтролируемыми возмущающими воздействиями. Экспериментально-статистическими методами получена математическая модель, позволяющая определить степень влияния температуры уходящих газов в поворотной камере топочного устройства барабанного котла на расход дымовых газов. В результате проведенных исследований получены модели, позволяющие оценить влияние температуры уходящих газов в поворотной камере топочного устройства с левой и правой сторон на расход дымовых газов котельного агрегата.

Цель - исследование динамических процессов консольных стержней с несколькими степенями свободы на основе точного аналитического метода сил. Исходная стержневая система с двумя динамическими степенями свободы на основе соответствующих матричных операций приводится к упрощенной системе уравнений с одной степенью свободы, что значительно снижает объем и трудоемкость вычислительных операций. В качестве внешнего воздействия принята гармоническая вибрационная нагрузка, моделирующая действие неуравновешенных вращающихся масс. При расчете на свободные колебания (на основе теории собственных чисел и векторов) получены выражения для круговых частот собственных колебаний, а также построены собственные формы колебаний в виде «стоячих» волн. При расчете на вынужденные колебания получены числовые значения динамических перемещений масс (при различных соотношениях круговых частот вынужденных и свободных колебаний). Все расчеты выполнены с помощью электронно-вычислительных машин, по результатам которых построены зависимости динамических перемещений с учетом соотношений частот при изменении параметров времени. Установлено, что при увеличении соотношения между частотами период вынужденных колебаний монотонно падает, а амплитуды колебаний масс остаются достаточно стабильными. Предлагаемые в данном исследовании аналитические зависимости найдут широкое применение при решении динамических задач для стержневых систем, применяемых в машиностроении, строительстве, авиастроении, судостроении.

Цель - разработка и анализ компоновочных решений промышленных электрических печей различной производительности на основе типоразмерного ряда унифицированных модульных блоков. Рассмотрен метод конструкторской компоновки различных вариантов промышленных электрических печей для термообработки сыпучих материалов. В результате проведенной работы (на основании ранее разработанного типоразмерного ряда электрических модульных блоков) получены конструкторские компоновки электрических промышленных печей с механической подовой платформой. Работа выполнена с учетом ранее выявленных экспериментальных данных при исследовании физической модели печного агрегата. Печи с продольной и вертикальной компоновкой при необходимости увеличения производительности могут быть смонтированы по так называемой «лепестковой» схеме с применением модульных блоков третьего типоразмера и обеспечивать производительность 13,5 м³/ч при удельной энергоемкости (по вермикулиту) - 48…52 мДж/м³.

Цель - обоснование возможного контроля геометрических параметров объектов двойной кривизны большого размера с помощью оптической сетки, накладываемой при помощи проектора и анализа получаемого изображения посредством видеокамеры и прикладного программного обеспечения. Проведено исследование различных геометрических форм оптической сетки, проецируемой на измеряемую поверхность. Разработан алгоритм формирования и накладывания оптической сетки в зависимости от формы контролируемой поверхности. Изучен тип видеокамеры для снятия видеоизображения. Исследовано взаимное положение проектора и видеокамеры, выявлена взаимосвязь между положением видеокамеры и проектора, изучены различные геометрические формы оптической сетки. Дано обоснование применения различных геометрических форм оптической сетки для контроля поверхностей двойной кривизны. Выбраны оптимальные точки установки проектора и видеокамеры для снятия геометрических параметров контролируемой поверхности. На основе проведенных экспериментов было установлено, что для контроля деталей с плавной изменяющейся кривизной поверхности больше всего подходят прямоугольные сетки, а для деталей с резким изменением кривизны поверхности - сетка из многогранников. Также установлено, что точность контроля геометрических параметров поверхности зависит от разрешающей способности применяемой видеокамеры, относительного положения видеокамеры и проектора.

Цель - разработка расчетно-экспериментальной методики определения составляющих силы резания при фрезеровании материалов с высокими прочностными свойствами: титанового сплава ВТ23, конструкционной легированной стали 40ХН2МА и высокопрочного алюминиевого сплава В95 в различных технологических условиях. Выполнена экспериментальная оценка составляющих силы резания при фрезеровании твердосплавными пластинами разной геометрии с различными технологическими режимами с использованием промышленного оборудования, инструмента и технологической оснастки. Предложена расчетная методика аппроксимации экспериментальных значений в виде степенных зависимостей на основе определения мгновенных значений сечения среза в зависимости от угла внедрения инструмента, показывающая хорошую сходимость с экспериментальными данными. Выявлены особенности динамики силы резания при фрезеровании исследуемых материалов. Для стали 4ХН2МА представленная методика позволяет получить точное представление о действующих составляющих силы резания. Для титанового сплава выявлен эффект запаздывания затухания составляющих силы резания на этапе выхода режущей кромки из зоны резания, природа которого требует дополнительного исследования.

Цель работы заключается в развитии методологических позиций в технологиях построения математических моделей механических колебательных систем с дополнительными связями, реализуемыми различными механизмами. Рассматриваются возможные формы конструктивно-технических решений в задачах оценки и управления динамическими состояниями технологических и транспортных машин. Методы исследования построены на использовании аналитического аппарата структурного математического моделирования и теории автоматического управления. Научная новизна исследований заключается в детализации представлений об особенностях влияния межпарциальных связей на динамические свойства системы в целом. Разработан метод построения математических моделей взаимодействий на основе введения и использования передаточных функций межпарциальных связей. Приводятся новые научные результаты, отражающие особенности динамических свойств (вносимых дополнительными связями) и результаты вычислительного моделирования. Работа представляет интерес для специалистов в области машиноведения, динамики и прочности машин. Получены аналитические соотношения, определяющие особенности формирования распределений амплитуд колебаний точек «рабочих органов» по их длине.

Цель - определение модели зависимости шероховатости поверхности от точности балансировки инструментальной наладки и технологических параметров процесса концевого фрезерования. Исследования базируются на научных основах технологии машиностроения и резании материалов, математического моделирования, активного эксперимента. Научные данные получены с помощью таких приборов как контактный профилометр Taylor Hobson Form Talysurf i200, балансировочная машина Haimer TD2009 Comfort Plus, динамометрический комплекс Kistler 9253B23, аппаратно-программный комплекс для модального анализа CutPro, устройство для измерения инструмента вне станка Zoller Genius 3. Разработана математическая модель, отражающая влияние режимов резания и величины остаточного дисбаланса инструментальной наладки на качество обработанной поверхности. Выполнены регрессионный анализ и анализ остатков представленной модели, подтверждающие правильность ее работы. Получены поверхности отклика шероховатости обработанной поверхности от остаточного дисбаланса. В качестве факторов были выбраны следующие параметры процесса обработки: дисбаланс инструментальной наладки, подача, глубина и ширина фрезерования. Определена степень влияния каждого учтенного в работе фактора. Выявлены расчетные и экспериментальные данные, указывающие на низкую долю влияния точности балансировки инструментальной наладки на шероховатость обработанной поверхности; незначительное ухудшение состояния поверхности наблюдалось лишь при превышении допусков на качество балансировки в несколько раз, тем не менее, даже при максимальных значениях фактора x₁ качество поверхности соответствует поверхности после чистового фрезерования.

Цель - исследование свойств и параметров интерполяторов и анализ методики моделирования интерполяторов системы числового программного управления для металлорежущих станков и промышленных роботов. Рассмотрен и применяется метод оценочной функции для синтеза интерполяторов системы числового программного управления для металлорежущих станков и промышленных роботов. Интерполятор предназначается для реализации траекторий движения рабочего органа станка или промышленных роботов, заданных в управляющей программе системы числового программного управления. При работе интерполятор использует входную информацию, которая поступает из управляющей программы системы числового программного управления. При решении задачи разработаны алгоритмы моделирования линейного и кругового интерполяторов системы числового программного управления станка или промышленных роботов по методу оценочной функции. На основе этих алгоритмов предложены варианты программ, которые реализуют математические модели интерполяторов на языке М-файлов Matlab. Приведены результаты моделирования линейных и круговых интерполяторов системы числового программного управления станка или промышленных роботов. Показана работоспособность разработанных моделей и алгоритмов работы интерполяторов системы числового программного управления станка или промышленных роботов. Также появилась возможность детального исследования показателей интерполятора и путей его совершенствования. Анализ результатов моделирования линейного и кругового интерполяторов позволяет сделать вывод о том, что математические модели интерполяторов корректно отражают его свойства.

Цель - определить оптимальные параметры управления процессом удаления острых кромок и формообразования фасок установленного размера с помощью промышленного робота на деталях после их механической обработки на многоцелевых станках с числовым программным управлением. В статье рассматривается метод назначения управляемых параметров (подача, частота вращения шпинделя, коэффициент усиления и сила резания) по комплексному критерию оптимизации, точности обработки и параметру качества микрорельефа поверхностного слоя. В качестве отслеживаемых критериев выбраны размер фаски и шероховатость поверхности Ra . Представлен алгоритм выбора параметров управления процессом финишной обработки деталей. Разработаны методика поиска оптимального решения и программное обеспечение системы оптимизации процесса финишной обработки деталей в условиях робототехнического комплекса, позволяющие определить оптимальные настроечные параметры обработки кромок деталей: подачу, частоту вращения шпинделя, коэффициент усиления и силу резания, которые обеспечивают при финишном формообразовании выполнение требований конструкторско-технологической документации. Полученные результаты имеют практическое применение и способствуют сокращению объема ручных доводочных работ.

Цель - оценить обрабатываемость штамповых сталей шлифованием пяти марок нитридборовым кругом CBN 30 B107 100 0 VK27 стандартной пористости по минимуму высотных параметров и средних шагов , максимуму , измеренных в поперечном направлении (вдоль оси CBN -круга), а также наименьшему значению их дисперсий рассеяния. В связи с наблюдением нарушения однородности дисперсий и нормальности распределений их интерпретация проведена с привлечением непараметрической статистики, частотами которой служат медианы и квартильные широты. По мере положения высотные шероховатости следует разбить на три группы по принципу возрастания их величин: 1 - стали Х12, Х12М; 2 - У10А; 3 - Х12Ф, ХВГ. Их рост рассчитан в пределах трех категориальных величин. Наибольшая стабильность процесса имеет место при шлифовании деталей холодной листовой штамповки из стали Х12М. Штамповые стали следует выбирать с учетом их шлифуемости, а также служебного назначения деталей.

Цель данной работы заключается в повышении качества поверхности и точности отверстий и кромок при механообработке композиционного материала, армированного углеволокном, путем оптимизации режимов резания. В качестве основного обрабатывающего оборудования выбран робототехнический комплекс на основе промышленного робота KUKA KR210 R2700 EXTRA. Объектом исследования является пластина из углепластика марки IMS 24K/PRISM EP 2400RS толщиной 16 мм. Для операции сверления выбрано сверло CoroDrill 856-1-0635-05-А0 диаметром 6,35 мм производства компании Sandvik Coromant. Данный инструмент представляет собой цельное твердосплавное сверло с алмазным покрытием N20C и позиционируется как инструмент для сверления отверстий высокого качества в композиционных материалах. Операция фрезерования осуществлялась с помощью фрезы 67-084 1/4 SC FGR (Aramid) производства компании Onsrud. Инструмент является цельной твердосплавной фрезой без покрытия и позиционируется как инструмент для обработки композиционных материалов. Испытания заключались в определении режимов резания, обеспечивающих максимальную производительность, а также режимов для максимального качества поверхности и точности отверстий и кромок. В рамках испытаний была выбрана область значений режимов резания, включающая режимы, рекомендованные производителем инструмента. По окончанию работ измерены шероховатости отверстий и кромок с помощью контактного профилометра Taylor Hobson Form Talysurf i200. Контроль диаметров отверстий производился с помощью координатно-измерительной машины Carl Zeiss CONTURA G2. Выявлены зависимости параметров получаемых шероховатостей от режимов обработки. Построены графики, отражающие изменения шероховатостей и диаметров от режимов резания. А также графики влияния режимов резания на шероховатость поверхности кромок. Даны рекомендации по применению технологий механобработки композиционного материала на промышленном роботе.

Цель - предложить технологию гранулирования пылевых отходов производства металлургического кремния для возврата в процесс руднотермического восстановления кремнезема, включающую стадии магнитной сепарации, грануляции и сушки. Опытные работы по отделению оксида железа от циклонной пыли выполнены с использованием магнитного анализатора типа АМР (Украина). Работа по гранулированию проводилась на барабанном грануляторе Р-020 (Россия). Анализ химического состава проводился на оптико-эмиссионном спектрометре Varian 730-ES (США). Установлено, что методом магнитной сепарации пыли циклонов производства кремния отделяется до 37% оксида железа. В лабораторных условиях окомкования в барабанном грануляторе были получены гранулы размером 10-70 мм, обладающие пористостью 40-45%. Проведенные эксперименты показали принципиальную возможность использования отходов производства в технологии получения кремния металлургических марок в качестве добавки в окомкованном виде к основной (кусковой) шихте. На основе полученных результатов была предложена линия гранулирования пылевых отходов.

Для обеспечения своевременной корректировки изменения технологических параметров необходимо установить автоматизированный мониторинг технологического процесса на участке электролизеров Содерберга. Стоит задача утилизации отходов производства глинозема - красного шлама, который ежегодно накапливается и складируется в шламохранилищах. На каждую 1 т произведенного глинозема приходится около 1,5 т данного техногенного материала. Наиболее перспективным является использование системы технического зрения, которая фиксирует всевозможные изменения состояния технологического процесса. Второй составляющей является применение красного шлама в качестве поглотителя фторидов, который служит заменой традиционно используемого в системе «сухой» газоочистки дорогостоящего глинозема. При использовании комплекса камер наблюдения для информирования и оперативного реагирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (в случае изменения его состояния) в качестве поглотителя фтористого водорода применение красного шлама повышает показатели средней поглотительной способности по фтору на 15%. Пульпа красного шлама с соотношением Ж:Т = 5:1 в качестве поглотительной добавки подается в систему скрубберов на участок очистки отходящих газов от вредных соединений. Высокая поглотительная способность красного шлама обусловлена наличием в его составе различных оксидов металлов. Для получения информации рационально использовать комплекс технического зрения, что решает следующие задачи: обеспечение автоматизированной системы управления технологическим процессом полных данных о ходе процесса; ведение технологического процесса без изменения графика регламентных работ, но с существенным снижением влияния человеческого фактора; прогнозирование анодного эффекта; оценка состояния горелочных устройств и условий дожигания отходящих газов (наличие пламени, засоренность горелочного устройства, цвет пламени, характер пламени); оперативная оценка герметизации. В качестве поглотительного материала для фторидов рекомендовано использовать красный шлам. В целом это позволит получить положительный эколого-экономический эффект.

Цель - изучение методом математического (физико-химического) моделирования процесса гидрометаллургической переработки угольной части отработанной футеровки демонтированных катодных устройств алюминиевых электролизеров. Оценка методом термодинамического анализа (на основе построенной модели влияния концентрации раствора каустической соды (NaOH - Na₂O_ку) и соотношения жидкой и твердой фаз) на извлечение фтора в раствор. Математическое моделирование выщелачивания фтора из образцов отработанной футеровки проводилось на основе изучения физико-химических закономерностей процесса с использованием программного комплекса «Селектор», основанного на минимизации энергии Гиббса и широко используемого для изучения металлургических процессов. Объектом исследований являлась проба угольной отработанной футеровки алюминиевого электролизера ОАО «РУСАЛ Красноярск». По данным рентгенофазового анализа фторсодержащими фазами в образце выступают криолит Na₃AlF₆, хиолит Na₅Al₃F₁₄, фторид кальция СaF₂, фторид натрия NaF. Кроме данных компонентов, в исследуемом углеродсодержащем материале зафиксированы также Si, Fe, Mg, S, K, Ti. Выполнена оценка поведения компонентов угольной отработанной футеровки в процессе щелочной переработки при воздействии на нее раствора с концентрацией Na₂O_ку 12,5, 17,5 и 25,0 г/дм³ с помощью сформированной математической модели. Согласно решению модели, наилучшие показатели по извлечению фтора в раствор (72,9-90,57%) были достигнуты c концентрацией реагента по Na₂O_ку 12,5, 17,5 г/дм³ и отношении жидкого к твердому 10÷12:1. С помощью модели удалось установить необходимое количество щелочного раствора для извлечения фтора и оптимальное соотношение жидкой и твердой фаз. Также установлен фазовый состав кека и формы, в которых фтор остается в твердом остатке (кеке).