Цель – расчет технико-экономической эффективности добавления водорода к природному газу для улучшения энергетических характеристик топлива газотурбинных установок при длительной эксплуатации месторождений газа. Для разработки математической модели газотурбинного двигателя General Electric 6FA применялись методы математического моделирования в программе АС ГРЭТ. Показано, что снижение теплотворной способности топлива приводит к увеличению расхода топлива на 11%, происходит увеличение количества CO₂, NO, NO₂ в выхлопных газах газовой турбины. Установлено, что в период отрицательных температур и пиковых режимов работы оборудования мощность турбины будет ограничена пропускной способностью топливной системы (максимальное ее значение составило 5,04 кг/с). Показано, что одним из способов повышения энергетических характеристик является добавление водорода к исходному природному газу. Проведены расчеты энергетической эффективности при различных соотношениях компонентов топлива (водорода и природного газа) при переменных режимах работы установки в диапазоне нагрузок от 75 до 85 МВт. Рассчитан мгновенный расход топливного газа: при мощности 85 МВт он составил 5,04 кг/с (при содержании в подаваемом топливе 4,5% водорода и 95,5% природного газа). Показано, что добавление водорода ввиду его высокой стоимости целесообразно производить только в пиковых режимах для достижения максимальной мощности газотурбинной установки. Предложенный метод добавки водорода в количестве 4,5% к топливному газу позволяет сохранить максимальный расход топлива в количестве 5,04 кг/с для достижения наибольшей мощности 85 МВт. При использовании данного метода нет ограничений по максимальной и пиковой мощностям газотурбинной установки.

Цель – изучение влияния коэффициента загрузки преобразователей частоты и тиристорных преобразователей на качество электрической энергии с разработкой рекомендаций по снижению влияния высших гармоник и коммутационных перенапряжений на характеристики электроэнергии. В ходе исследования использовался инструментальный метод измерения высших гармоник с помощью прибора комплексного контроля электрических параметров ПКК57 и цифрового осциллографа типа Tektronix TDS 2024 B. Импульсные коммутационные перенапряжения фиксировались с применением активно-резистивного делителя типа ДНЕК-10 и вышеуказанного осциллографа, при исследовании полученных данных использовались программы по обработке статистических данных Loginom 6.4 и методы математической статистики. Установлен нижний пороговый уровень величины коэффициента загрузки преобразователей частоты и тиристорных преобразователей равный 0,8, при котором значения искажения синусоидальности кривой напряжения соответствуют государственному стандарту Российской Федерации по качеству электрической энергии. Определена степень подавления высших гармоник с 5-й по 17-ю силовыми трансформаторами мощностью от 250 кВ∙А до 6300 кВ∙А, находящаяся в диапазоне от 95 до 45%. Обосновано использование системы «трансформатор–преобразователь–электроприемник» применительно к системам электроснабжения горно-перерабатывающих предприятий. Показано, что электродвигатели мощностью до 2500 кВт включительно требуют защиты от коммутационных перенапряжений. Доказана высокая эффективность универсального RC-гасителя на базе RC-цепей, подключенного к зажимам электродвигателя, как средства защиты электродвигателей от коммутационных перенапряжений. Таким образом, для повышения качества электрической энергии в системах электроснабжения горно-перерабатывающих предприятий России следует обеспечить эксплуатацию преобразователей частоты и тиристорных преобразователей с коэффициентом загрузки 0,8 и более. Также рекомендовано выполнить переход на более эффективную и недорогую систему «трансформатор–преобразователь–электроприемник», если мощность трансформатора не превышает 1000 кВ∙А. Эффективную защиту электродвигателей мощностью до 2500 кВт включительно можно обеспечить с помощью предлагаемого универсального RC-гасителя, при этом кратность перенапряжений не будет превышать 1,7.

Целью исследований явилась разработка мероприятий, направленных на повышение эффективности функционирования энергосистем, в частности, за счет повышения пропускной способности электропередач. Для решения указанной задачи использовалась FACTS-технология на основе фазоповоротного трансформатора. В работе применялась модель данного трансформатора с тиристорным коммутатором, разработанная в Энергетическом научно-исследовательском институте им. Г.М. Кржижановского. Исследование эффективности фазоповоротного трансформатора для повышения пропускной способности электропередач проводилось путем определения максимально допустимых перетоков сечения Барнаульско-Бийского узла-2. Расчеты выполнялись для нормальной и различных послеаварийных схем с использованием программного комплекса RastrWin3. При исследованиях учитывалось регулирование отпаек фазоповоротного трансформатора, рассматривались различные места его установки. Показано, что для рассматриваемого сечения применение фазоповоротного трансформатора позволило увеличить максимально допустимый переток на 4–12%. Выявлено, что определяющим фактором, ограничивающим максимально допустимый переток в сечении Барнаульско-Бийского узла-2, является токовая перегрузка линий 110 кВ прилегающей сети. Причем наибольший эффект повышения максимально допустимого перетока имел место при установке фазоповоротного трансформатора не на линии 220 кВ, входящей в сечение, а на примыкающей к сечению линии 220 кВ, параллельной линиям 110 кВ, которые перегружались при утяжелении режима. Выполнены аналогичные расчеты для нормальной и послеаварийных схем альтернативного варианта, который предполагает замену проводов и установку автоматики ограничения перегрузки оборудования на перегружаемых линиях 110 кВ. Согласно проведенным исследованиям установлено, что эффект повышения пропускной способности этого варианта составил около 4%.

Цель – исследование теплофизики процесса сверления трубчатыми алмазными сверлами полимерных композиционных материалов типа углепластиков, стеклопластиков на основании возможностей инженерного пакета Comsol Multiphysics. В работе использованы уравнения теплопроводности Фурье, выражающие интенсивность притока теплоты движущимся источником в подвижных координатах. Исследования проводились с применением авторской методики моделирования пространственного термического воздействия при сверлении полимерных композиционных материалов (стеклопластиков и углепластиков) в среде Comsol Multiphysics. В качестве модели режущего инструмента была выбрана конструкция алмазного сверла трубчатого типа диаметром 10 мм с двумя прорезями. В качестве модели заготовки были спроектированы твердотельные модели пластин толщиной 5,5 мм из слоистых волокнистых полимерных композиционных материалов: стеклопластика, углепластика. В результате компьютерного расчета были получены температурные поля стеклопластика и углепластика при сверлении алмазным трубчатым инструментом. При изучении термического воздействия стеклопластиков и углепластиков установлены дислокации максимальных температурных полей. В проведенном исследовании было выявлено, что температура при сверлении углепластика достигает 413,6 К, а температура при сверлении стеклопластика – 448,7 К. Показано, что расстояние, на которое распространяется тепло от краев отверстия внутрь заготовки, у углепластика составляет 6,42 мм, а у стеклопластика – 6,40 мм. Разработанная методика моделирования термического воздействия резания полимерных композиционных материалов в среде COMSOL Multiphysics позволяет значительно упростить сложные аналитические расчеты возникающих при сверлении температур, помогает избежать перегрева заготовки при сверлении, позволяет оценить глубины распространения теплоты внутрь заготовки от края образованного отверстия различных типов полимерных композиционных материалов, что повышает качество механической обработки деталей из полимерных композиционных материалов.

Цель – разработать методику выбора рационального профиля профилированного лепесткового круга для револьверной зачистной головки для зачистки поверхностей детали с различным радиусом поперечной кривизны. Для реализации технологии изготовления крупногабаритных обводообразующих деталей специалистами Иркутского национального исследовательского технического университета и Иркутского авиационного завода была спроектирована и изготовлена специальная установка УДФ-4 (установка дробеударного формообразования). Данная установка оснащена системой ЧПУ и двумя рабочими органами, дробеметным аппаратом и револьверной зачистной головкой с четырьмя лепестковыми кругами. В работе предложена методика и критерии выбора профилированного лепесткового круга для зачистки обводообразующих поверхностей деталей в зависимости от радиуса кривизны последней. Для анализа был выбран лепестковый круг с оптимальным радиусом кривизны профиля 40 м, позволяющий охватить достаточно большой диапазон кривизны профиля обрабатываемых деталей (от 8 до 40 м). Установлено, что профилированные лепестковые круги шириной 100 и 200 м с радиусом профиля лепестков 40 м обеспечивают равномерный съем материала при зачистке поверхности с радиусом кривизны от 8 до 40 м без последующего перекрытия обработанной полосы. Показано, что для повышения производительности зачистки необходимо применение более широких профилированных лепестковых кругов. В этом случае круг шириной 300 мм можно применять для участков поверхности детали с радиусом поперечной кривизны более 14 м, а круг шириной 400 мм – для участков поверхности с радиусом кривизны более 20 м. Таким образом, по результатам сравнения процесса зачистки криволинейной поверхности лепестковыми кругами прямого профиля установлено, что профилированные лепестковые круги значительно расширяют возможности использования револьверной зачистной головки установки УДФ-4.

Цель – разработка метода рационального проектирования фрикционного узла с наложением ограничений по минимизации маховых масс вращающихся элементов и отсутствием наступления термостабилизационного состояния. Исходными данными для расчета являлись тормозной момент, удельное давление в паре трения, угловая скорость и диаметр ступицы тормозного диска. Для расчета конструктивных и эксплуатационных параметров тормоза дисково-колодочного типа на предварительном этапе применялся метод геометрического программирования. Затем уточнялись параметры, исходя из условий взаимоисключающих факторов (энергоемкость и время торможения) и напряженно-деформированного состояния. На основе алгоритма метода рационального проектирования фрикционного узла была разработана программа для расчета на языке программирования DELPHI. На предварительном этапе проектирования определены диапазоны конструктивных параметров: диаметр тормозного диска – от 0,237 до 0,37 м; ширина рабочих поверхностей – от 0,0335 до 0,1 м; толщина полудисков – от 0,012 до 0,026 м. Окончательным результатом метода рационального проектирования явились уточненные диапазоны конструктивных параметров: диаметр – от 0,31 до 0,324 м; ширина – от 0,041 до 0,0485 м; толщина – от 0,0148 до 0,0151 м. Установлено, что разработанный метод рационального проектирования уменьшает диапазоны диаметра проектируемого тормозного диска по сравнению с предварительным расчетом в 9,5 раза, тогда как диапазоны ширины рабочих поверхностей снижаются в 8,9 раза, а диапазон толщины – в 46,6 раза. На завершающем этапе используемого метода были определены второстепенные конструктивные и эксплуатационные параметры фрикционного узла: площади рабочей и нерабочей поверхностей пар трения, коэффициент их взаимного перекрытия. Предложенный метод рационального проектирования уменьшает выборный диапазон конструктивных параметров, что позволит обеспечить более рациональный выбор соответствия их заданным эксплуатационным характеристикам. Разработанный метод предлагает проектирование фрикционного узла тормоза дисково-колодочного типа на основе ограничений по металлоемкости и наступлению термостабилизационного состояния.

Цель – изучить закономерности формирования микрорельефа, распределения и величины остаточной шероховатости внутренней и внешней поверхностей сапфировой трубы во время ее шлифования свободно вращающимися шлифовальными конусами при помощи моделирования. Для изучения абразивной обработки сапфировой трубы использовался метод численного моделирования при помощи программного алгоритма, выполненного в компьютерной среде MATLAB. Предложена математическая модель взаимодействия рабочей поверхности абразивного инструмента и обрабатываемого изделия применительно к двухстороннему шлифованию сапфировых труб свободно вращающимися шлифовальными конусами со связанным абразивом. Данная модель учитывает случайный характер распределения зерен абразива по размерам и форме, хаотичность их размещения в зоне контакта с поверхностью образца, отражая тем самым закономерности их взаимодействия с обрабатываемой поверхностью при различных комбинациях параметров процесса шлифования. Установлено, что наиболее интенсивный линейный съем материала наблюдается на начальных стадиях шлифования. На внутренней стенке трубы отмечается больший темп удаления объема материала по сравнению с внешней при скорости вращения 2500 об/мин, зернистости абразива 26 мкм, конусности инструментов 1:8 и 1:5 и силе их прижатия к поверхности заготовки на единицу площади около 10 кПа. Выявлено, что остаточная шероховатость после 300 мин обработки имеет неравномерное распределение вдоль оси вращения заготовки с явно выраженным максимумом в ее центральной части, составляющем 64,8 мкм на внешней стенке заготовки и 49,14 мкм – на внутренней. Разработанная математическая модель позволяет исследовать закономерности формирования микрорельефа, распределения и величины остаточной шероховатости для различных условий шлифования, что в дальнейшем дает возможность оптимально подобрать режим обработки и механическую нагрузку на абразивный инструмент. Данная модель также дает возможность определять скорость линейного съема материала и требуемое время шлифования.

Цель – создание математической модели, описывающей процесс формирования маршрута изготовления (расцеховки) изделий машиностроения на основе 3D-модели, позволяющей снизить стоимость конечного изделия. Объектом исследования явился маршрут изготовления (расцеховка) изделий машиностроения. Для реализации работы разработанной математической модели использованы 3D-модели, спроектированные в системе Siemens NX, которые далее импортируются в формат *stp и распознаются спроектированным модулем, написанным на языке программирования Phyton. Определены взаимосвязи производственной среды, оказывающие влияние на формирование маршрута изготовления изделий машиностроения. Разработана схема алгоритма взаимосвязи «конструктивный элемент – технологическая операция – средства технологического оснащения (оборудование-инструмент)». По результатам тестирования сформированной математической модели установлено, что использование нейросетей как инструмента для реализации и автоматизации работы инженератехнолога при разработке маршрута изготовления изделий машиностроения имеет ряд преимуществ перед стандартной схемой работы, это снижение времени на разработку маршрута и снижение себестоимости разработки конечного изделия. К основному ограничению использования на практике разработанной модели можно отнести слишком сложную геометрию некоторых конструктивных элементов, входящих в состав детали, что не позволяет составить алгоритм распознавания их структуры. Использование прототипа нейросети в автоматическом режиме целесообразно для относительно простых деталей (имеющих в своем составе отбортовку, отверстие, фаску, скругление). Но так как количество простых с точки зрения распознавания деталей может достигать 40% среди номенклатуры изготавливаемых деталей, то и уменьшение времени разработки технологического процесса по сравнению с традиционным будет составлять 10–25% от общего времени технологической подготовки.

Цель – анализ и систематизация существующих методов повышения окислительной стойкости углеграфитовой продукции, а также оценка их применимости относительно металлургических и химических агрегатов. Обзор научных данных, описывающих механизм окисления углеграфитовых материалов, условий их применения в металлургических и химических процессах, а также существующих технологий по повышению окислительной стойкости искусственных графитов. Описаны существующие представления о кинетике окисления углеграфитов в зависимости от температурных режимов. Проведен обзор существующих технологий повышения окислительной стойкости материалов и их экономической эффективности с учетом условий их эксплуатации. Проанализированы перспективные варианты внедрения представленных решений для агрегатов металлургической и химической отраслей промышленности. Показано, что принципиально можно выделить три режима окисления графитированных материалов, которые определяются условиями эксплуатации, а также их химическими и физическими свойствами. С учетом этого может быть выбран наиболее рациональный метод повышения окислительной стойкости: пропитка с формированием защитного стеклообразного покрытия в объеме сквозных пор или при образовании покрытия – сплошного слоя на поверхности изделия за счет протекания химической реакции с используемыми реагентами. Для большинства металлургических и химических агрегатов более предпочтительной является пропитка углеграфитовых материалов с образованием боратных и фосфатных стекол, что обусловлено, в первую очередь, более низкими экономическими издержками. Применимость данного метода в настоящее время ограничивается температурными режимами, при которых сохраняются защитные свойства и сплошность сформированных стеклообразных покрытий. Поэтому для адаптации известных технологических и технических решений в этой области к высокотемпературным условиям металлургических агрегатов (свыше 800°С) необходимо добавить проведение дополнительных исследований.

Цель – совершенствование процесса сгущения флотационного концентрата ультратонкого помола в технологии переработки упорной сульфидной золотосодержащей руды одного из месторождений Южного Урала на основе использования эффективных флокулянтов. Химический состав руды изучен при помощи гравиметрического, атомно-абсорбционного, химического, рентгенофлуоресцентного, пробирного и микрорентгеноспектрального методов анализа. Гранулометрический анализ флотокоцентрата, подвергнутого сверхтонкому измельчению, производился с помощью анализатора Malvern Hydro Mastersizer 2000MU (производства Malvern Panalytical Limited, Великобритания). В экспериментах по сгущению использовались пробы одинакового состава после технологического сверхтонкого измельчения. В результате аналитических исследований вещественного состава исследуемого материала установлено, что содержание золота в руде составляет 22,8 г/т. Достигнутая крупность основного класса продукта не менее 92% составляет -20 мкм. В результате проведенных лабораторных тестов, выполненных на восьми образцах флокулянтов на основе полиакриламида, был выявлен оптимально подходящий флокулянт марки А44 (производства Китайской Народной Республики). Данный флокулянт отвечает необходимым требованиям по показателям минимального расхода, скорости осаждения и отношению Ж:Т. На основе полученных данных была рассчитана и определена зависимость удельной производительности радиального сгустителя марки JX20 (производства JPMFex Corporate Limited, Китайская Народная Республика). Установлено, что оптимальный расход флокулянта составляет 200 г/т на 1 т сгущаемого материала, что способствует сгущению 50 т пульпы с 1 м² сгустителя в сутки. Вышеуказанный флокулянт А44 рекомендован для проведения опытно-промышленных испытаний. Таким образом, для интенсификации процесса обезвоживания руд после сверхтонкого измельчения необходимы разработка, опробование и внедрение принципиально новых реагентов и совершенствование существующих технологий переработки золотосодержащих руд и концентратов.