Цель исследований - разработка метода настройки процедуры оценивания состояния электроэнергетической системы, направленного на повышение качества оценивания состояния путем корректировки весовых коэффициентов измерений. Для решения поставленной задачи используются методы нелинейной оптимизации. Формирование контрольных уравнений и решение системы линейных уравнений при оценивании состояния выполняются методом Краута. Результаты расчета электроэнергетического установившегося режима рассматриваются в качестве эталона. Чем меньше полученные оценки отличаются от результатов расчета установившегося режима, тем выше точность процедуры оценивания состояния. Задача корректировки весовых коэффициентов поставлена и решена как задача нелинейной оптимизации, где в качестве параметров оптимизации принимаются дисперсии измерений. Разработана целевая функция, которая формулируется следующим образом: минимизировать дисперсии оценок измерений, входящих в одно контрольное уравнение, за счет максимизации дисперсий измерений активной мощности в балансирующем узле расчетной схемы электроэнергетической системы. При решении этой задачи контролируются ограничения в виде равенств и неравенств. Задача оптимизации дисперсий решается после первой итерации оценивания состояния, и, начиная со второй итерации, оценивание состояния выполняется с новыми весовыми коэффициентами измерений. Расчеты выполнены на 6-узловой тестовой схеме. Из существующих измерений составляются контрольные уравнения. Данные, относящиеся к измерениям выбранного контрольного уравнения тестовой схемы, используются для расчета целевой функции. Корректность перераспределения дисперсий и их экстремальные значения контролируются ограничениями. Полученные результаты показали, что при корректировке дисперсий измерений оценки мощности во всех узлах становятся ближе к расчету установившегося режима.

Цель - исследование изменения схемы слива дренажей регенерации низкого давления на энергетическую и экономическую эффективность работы энергоблока № 5 ТЭЦ-10 ООО «Байкальская Энергетическая Компания». В исследованиях используется настроенная по результатам замеров математическая модель энергоблока. Математическое моделирование исследуемого энергоблока производилось в программно-вычислительном комплексе «Система машинного построения программ». Построенная математическая модель теплоэнергетической установки настраивалась с учетом текущего состояния объекта исследования в соответствии с трехэтапной методикой идентификации параметров математических моделей. Предложена тепловая схема энергоблока, согласно которой три потока дренажей низкого давления перенаправлены на всас дренажного насоса подогревателя низкого давления. Модернизированная математическая модель энергоблока позволяет производить расчет параметров установки для действующей и предложенной тепловых схем. Согласно расчетам модели, разница температур основного конденсата за подогревателем низкого давления № 1 и исследуемых дренажей после смешения минимальна и составляет 3,2оС. По результатам выполненных расчетов для действующей и измененной тепловых схем энергоблока установлено, что предложенная модернизация повышает энергетический КПД энергоблока на 0,007% в номинальном режиме работы. Также снижается на 0,052 г.у.т/кВтч удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии. Эксплуатационные расходы на внедрение предложенных технических решений составили 34191 руб. Учитывая годовой коэффициент экстенсивного использования энергоблока, срок окупаемости предлагаемой модернизации схемы составит 5,5 мес., а экономия средств за первый год эксплуатации с учетом окупаемости капиталовложений и затрат на амортизацию - 18423 руб. Предложенный подход, объединяющий аппарат математического моделирования действующих энергоустановок с методикой повышения эффективности принятия технических решений, является универсальным и может применяться для модернизации теплоэнергетических и других установок.

Цель - оценка энергетических затрат при улавливании мелкодисперсных частиц диоксида кремния в сепараторе с соосно расположенными трубами и эффективности устройства. Для этого было произведено численное моделирование движения газового потока с мелкодисперсными частицами диоксида кремния в сепараторе с соосно расположенными трубами в программном комплексе ANSYS Fluent. В ходе исследований изменялись входная скорость газового потока от 5 до 10 м/с, ширина прямоугольной щели от 2,1 до 8,7 и ее высота от 10 до 30 мм. Показано, что максимальная эффективность улавливания мелкодисперсных частиц диоксида кремния и минимальные энергетические затраты на прокачку газового потока в устройстве существенным образом зависят от образования устойчивой вихревой структуры в межтрубном пространстве. Результаты исследований показали, что оптимальная входная скорость газового потока составляет 7,5 м/с. При данной скорости эффективность улавливания частиц соответствует более высоким скоростям с отклонением ± 6%. При этом потери давления составляют в 1,74 раза меньше, чем при более высоких скоростях. Для достижения эффективности не менее 90% и высоте прямоугольной щели от 10 до 30 мм числа Стокса должны соответствовать значениям равным более 50. Рассчитано, что энергетические затраты на прокачку газовой среды с частицами диоксида кремния в сепараторе с соосно расположенными трубами составляют от 1,9 до 31,2 Вт при входной скорости газового потока 7,5 м/с. Параметры прямоугольной щели при этом могут быть: ширина - от 2,1 до 8,7 мм, высота - от 10 до 30 мм. Применение сепараторов с соосно расположенными трубами в технологической линии, в которой используются плазменные технологии, может стать альтернативой аппаратам тонкой очистки газов.

Цель - повышение эффективности использования отходов производства угольной энергетики на основе анализа работы установки по отпуску сухой золы Ново-Иркутской теплоэлектроцентрали ПАО «Иркутскэнерго». Испытания установки проводились при различных режимах работы котельных агрегатов в соответствии со стандартными методиками, принятыми на предприятии. Испытания установки показали, что котлоагрегат станционный № 3 (с паровой нагрузкой 409,2 т/ч и КПД электрофильтров 90,46%) обеспечил следующую эффективность: подача золы составила 7,10 т/ч. При подаче золы от котлоагрегата № 4, работающего с паровой нагрузкой 421,8 т/ч при КПД электрофильтров 94,72%, - 9,19 т/ч. При одновременной работе котлоагрегатов № 3 и № 4 с паровой нагрузкой, соответственно, 397,6 т/ч и 380,7 т/ч, и КПД электрофильтров, соответственно, 90,46% и 94,72% производительность установки составила 14,23 т/ч. В результате исследований были выявлены ограничения в работе установки. Так, скорость воздуха в пневмозолопроводе при транспортировке золы составила 8,08,5 м/с, что способствовало работе установки по отпуску сухой золы в пульсирующем режиме. В связи с этим было рекомендовано увеличить скорость воздуха путем увеличения его расхода через струйный насос или перехода на использование трубопровода меньшего диаметра. Анализируя данные испытаний, установлено, что производительность установки по отпуску золы зависит главным образом от паропроизводительности котельных агрегатов, а также от степени очистки дымовых газов в электрофильтрах котлов. Полученные результаты использованы для определения технического состояния, эффективности и надежности работы установки по отпуску сухой золы потребителям Ново-Иркутской теплоэлектроцентрали.

Цель - определить степень воздействия разной доли ветроэнергетических установок 4-го типа в общем объеме генерации на параметры асинхронного режима электроэнергетической системы. Воспроизведение процессов в электроэнергетической системе производится с помощью Всережимного моделирующего комплекса реального времени электроэнергетических систем, представляющего собой многопроцессорную программнотехническую систему. Разработана модель электроэнергетической системы, включающая помимо традиционных источников генерации ветроэлектростанцию, объединяющую в себе варьируемое количество ветроэнергетических установок 4-го типа. В системе автоматического управления ветроэнергетической установки реализован контур управления (по активной мощности и напряжению) с дополнительным регулятором виртуальной инерции. По результатам анализа изменения параметров асинхронного режима при использовании алгоритма виртуальной инерции установлено, что время развития асинхронного режима по защищаемой линии сократилось максимально на 0,1 с. Однако время первого цикла асинхронного хода между двумя генераторами в послеаварийном режиме увеличилось в 2 раза: при мощности ветроэлектростанции 100 МВт время асинхронного хода составило 0,36 с (без алгоритма виртуальной инерции), и 0,74 с - с алгоритмом виртуальной инерции. Экспериментально подтверждено, что с ростом мощности ветроэлектростанции уменьшается время развития асинхронного режима и время, за которое традиционные генераторы выпадают из синхронизма. Последнее подтверждено фактом влияния работы ветроэнергетических установок 4-го типа в энергосистеме на суммарную инерцию: ее значение изменилось в интервале от 8,745 до 5,478 с. Исследование функционирования алгоритма виртуальной инерции подтвердило его воздействие на электромеханические переходные процессы в энергосистеме: наиболее благоприятный эффект замечен при значении виртуальной инерции равном 2 с и мощности ветроэлектростанции 100 МВт.

Цель - разработка сварной конструкции и технологии изготовления корпуса дымового клапана Ду 2000 доменной печи взамен ранее использовавшейся литой конструкции из стали 35Л. Новая крупногабаритная конструкция (3742 x 3020 x 3275 мм) должна обеспечить прочное и герметичное сопряжение трех толстостенных (до 40 мм) вальцованных обечаек. Разработка конструкции и ее элементов велась с использованием трехмерного моделирования в программе «Компас-3D». Зоны сопряжения обечаек оформлены с использованием переходных элементов в виде гнутых сегментов двоякой кривизны. Установлено, что применение технологических припусков при гибке цилиндрических обечаек секторов обеспечивает получение деталей требуемой точности (отклонения по диаметру - не более 5 мм). Вальцовка обечаек, имеющих сложную криволинейную линию сопряжения, может выполняться на прямоугольной заготовке. Криволинейная линия сопряжения на заготовке вырезается на газорезательной машине с числовым программным управлением участками длиной 150-170 мм с перемычками 50-70 мм. Показано, что удаление перемычек ручной газовой резкой и подготовка кромок под сварку могут выполняться только после вальцовки и сварки прямолинейного стыка обечайки. Отработаны приемы доводки сегментов двоякой кривизны при сборке конструкции с помощью специальных гидравлических распорок. С использованием данных предложенных приемов доводки разработана технология изготовления сварной конструкции корпуса. За счет оптимизации конструкции корпуса удалось добиться снижения его массы на 5,5% от массы литого корпуса. По разработанной технологии изготовлены два клапана для замены изношенных на крупнейшую в Европе домну 5500 м³ «Северянка» ПАО «Северсталь». Использованные технические решения предоставили значительное снижение трудоемкости изготовления при обеспечении необходимого качества конструкции и снижение массы конструкции по сравнению с литой.

Цель работы - сформировать новый подход к обеспечению качества обработанной поверхности на основе применения многофакторной модели. Предлагаемая модель способна учесть практически все параметры процесса механообработки. К данным основным параметрам относятся режимы резания, динамическая устойчивость процесса резания, тепловые эффекты в зоне резания. Разработка многофакторной модели основывалась на результатах анализа литературных источников, данных экспериментальных исследований, проведенных с использованием методов силового анализа процесса резания, цветовой пирометрии. Полученные данные были обобщены в единую многофакторную модель. Проведены анализ литературных источников, обобщение экспериментальных данных и результатов выполненных исследований по обеспечению качества обработанной поверхности при управлении каким-либо одним входным параметром процесса механообработки. Показано, что качество обработки (шероховатость) достигается посредством применения различных параметров обработки. К ним относятся: рациональные режимы резания, изменение геометрии режущего инструмента, снижение относительных пространственных динамических колебаний инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки, использование методов, воздействующих на физико-механические свойства обрабатываемых материалов. Установлено, что в качестве входного параметра могут выступать динамическая устойчивость процесса, режимы резания или процесс стружкообразования. Показано, что предложенная схема многофакторного влияния параметров обработки на выходной параметр - шероховатость поверхности - применима для любого вида обработки материалов. Созданная модель учитывает все входные параметры механической обработки и нацелена на управление качеством обработанной поверхности, исходя из требуемых эксплуатационных характеристик детали и изделия. На основе предложенной многофакторной схемы планируется создание адаптивной системы, которая будет способна управлять процессом механической обработки на базе многоцелевого станка с числовым программным управлением.

Цель - выявление теоретических ограничений электролиза расплавленных солей с применением твердых электродов для их преодоления на практике. Приложение теории распределения электрического поля на электродах в водных растворах к прогнозированию распределения плотности тока и потенциала на поликристаллической поверхности электродов в расплавленных солях. Сопряжением теоретических основ распределения плотности тока с тривиальными законами формирования потенциала на поверхности электродов получены основания и определена последовательность численных исследований процессов электролиза в междуполюсном зазоре. Применение метода позволило установить особенности краевого эффекта концентрации тока на периферии гладких электродов и распределения плотности тока и потенциала на неоднородной поверхности электродов. Моделированием различных сценариев взаимодействия параметров электролиза установлена их функциональная связь и проявление на гладкой и шероховатой поверхности электродов. Показано, что с увеличением поляризации катода, оптимизацией концентрации глинозема и циркуляции расплава можно снизить неоднородное распределение тока и потенциала на поверхности электродов с исходной шероховатостью. При этом очевидно, что при длительном электролизе могут развиваться физическая и химическая неоднородности, что аннулирует все попытки стабилизировать процесс. Теоретически установленная взаимосвязь краевого эффекта и шероховатости с распределением плотности тока и потенциала на твердых электродах может выступать первичной и обобщающей причиной их повышенного расхода, пассивации и дестабилизации электролиза в стандартных и легкоплавких электролитах. И в то же время эта функциональная связь может служить основой для разработки способов выравнивания распределения электрического поля по площади анодов и катодов и, следовательно, стабилизации электролитического процесса. Литературный обзор, лабораторная практика и теоретические расчеты позволили сформулировать принцип организации стабильного электролитического процесса -комплексное применение электродов эллиптической формы и электрохимическое микроборирование катодов. Практическое подтверждение этого предположения - одно из возможных направлений последующих теоретических и лабораторных исследований.

Цель - провести аналитические исследования химического состава рафинировочного шлака кремниевого производства для выбора путей его дальнейшей переработки. Объектом исследований явились образцы шлака после окислительного рафинирования с АО «Кремний» компании «РУСАЛ» (г. Шелехов Иркутской обл., Россия). Исследования химического состава образцов шлака проводили рентгенофазовым, рентгенофлюоресцентным, металлографическим методами исследования, а также методом сканирующей электронной микроскопии. В результате проведенных аналитических исследований было установлено, что основные составляющие рафинировочного шлака в основном представлены элементным кремнием, его карбидом и оксидом. Также присутствует углерод в элементном виде. Показано, что карбид кремния является продуктом недовосстановления карботермического процесса в руднотермической печи. По данным рентгенофлюоресцентного анализа в образце шлака кроме кремния содержатся, % масс.: Са - 7,40; Al - 3,80; Fe - 0,30; Ba - 0,19; K - 0,14; Na - 0,09; Sr - 0,09; Mg - 0,08; Ti - 0,05; S - 0,02. Кальций и алюминий присутствуют в шлаке в основном в виде оксидов, также фиксируются сложные оксиды типа анортита: CaO-Al2O3-2SiO2. В незначительном количестве присутствуют оксиды других металлов, переходящие в рафинировочный шлак в составе печного шлака, образующегося при плавке кремнеземсодержащего сырья. Шлаки окислительного рафинирования производства кристаллического кремния являются техногенным сырьем, содержащим ценные компоненты. Ввиду значительного содержания в рафинировочном шлаке кремния (от 42% до 65%) проведен анализ основных способов переработки данного техногенного сырья для доизвлечения кремния или получения товарных кремнийсодержащих продуктов, востребованных в различных отраслях промышленности.

Целью работы явилось изучение влияния микроволновой обработки брикетов, состоящих из красного шлама с содержанием более 48% Fe, на процессы восстановления железа при различных условиях термообработки. Объектом исследований явились образцы красного шлама, образующегося при получении глинозема из бокситов на Уральском алюминиевом заводе. Исследование химического состава образцов шлама проводили с помощью рентгенофлюоресцентного анализа. Состав исходного шлама и полученных агломератов после обработки в микроволновой и муфельной печах изучали рентгеноструктурным методом. Фазовые переходы и структурные изменения в ходе нагрева образцов исследовали при помощи сканирующей электронной микроскопии. Экспериментальные брикеты, состоящие из красного шлама и древесного угля, подвергались обработке при 850°C и 1000°C в микроволновой печи (с частотой 2,45 ГГц и мощностью 900 В). Для сравнения брикеты аналогичного состава термообрабатывались в муфельной печи при тех же условиях. Установлено, что при микроволновом нагреве до 1000°C в течение 10 мин гематит полностью восстанавливается до металлического железа при добавлении вюстита. Анализ микроструктуры образцов после микроволновой обработки показал, что частицы металлического железа в образующихся окатышах-агломератах имеют больший размер, чем в образцах после традиционного термонагрева в муфельной печи. Металлизированные фазы восстановленного железа в конце термообработки в микроволновой печи создают устойчивый прочный каркас агломератов. Научно обоснованные параметры процесса могут стать основой создания технологии переработки красного шлама, являющегоя техногенным сырьем. Полученные высокопрочные окатыши из красного шлама с содержанием восстановленного железа (до 85%) могут стать альтернативным шихтовым материалом для черной металлургии. Внедрение предлагаемой технологии переработки красного шлама в окатыши-агломераты, востребованой в различных отраслях промышленности, позволит снизить экологическую нагрузку на производственные территории глиноземного производства.