Цель – определение влияния предлагаемых групповых прогностических регуляторов напряжения и частоты для установок распределенной генерации на показатели качества процесса управления в различных режимах работы системы электроснабжения. Использовались методы теории автоматического управления. Исследования проводились в среде MatLab с применением пакетов имитационного моделирования Simulink и SimPowerSystems. Предложен метод формирования и настройки групповых прогностических регуляторов на основе определения резонансной частоты колебаний ротора ведущего генератора. Указанный подход позволяет получить лучшие показатели качества управления напряжением и частотой в системе электроснабжения при сохранении прежних настроек регуляторов установок распределенной генерации. Установлено, что при подключении дополнительной нагрузки в изолированной системе электроснабжения в 1,75 раза снижается максимальный провал напряжения по сравнению с локальным прогностическим регулированием, а по сравнению с обычными регуляторами – в 3,5 раза. Для указанного режима использование прогностических регуляторов в 3 раза уменьшает время переходного процесса скорости вращения ротора синхронного генератора. В режиме пуска мощного электродвигателя (благодаря прогностическим регуляторам синхронных генераторов в системе электроснабжения) в 1,5 раза уменьшается провал напряжения, а после пуска в 1,4 раза снижается перенапряжение. При кратковременном трехфазном коротком замыкании по сравнению с локальным регулированием групповые прогностические регуляторы позволяют в 1,5 раза уменьшить время переходного процесса и в 2,3 раза величину перерегулирования для частоты в сети. При этом также уменьшается колебательность частоты в сети. Аналогичные эффекты наблюдаются и в других режимах работы рассматриваемых систем электроснабжения с установками распределенной генерации. Динамическое моделирование подтвердило эффективность использования групповых прогностических регуляторов напряжения и частоты для установок распределенной генерации, заключающуюся в положительном влиянии на качество процессов управления параметрами системы электроснабжения в различных режимах работы.

Цель – обоснование влияния давления распыляющего агента на характеристики струи после распыления водоугольных суспензий с малыми (по массе) добавками в их состав жидких отходов пиролиза резинотехнических изделий и отработанного моторного масла по результатам экспериментальных исследований. В качестве резинотехнических изделий использовались автомобильные шины. Распыление производилось с помощью пневматической форсунки с внутренним смешением. Исследование изменения размеров капель после распыления исследовавшихся составов топлива выполнено методом IPI (Interferometric Particle Imaging). Определение угла раскрытия струи выполнено при помощи высокоскоростной камеры «Photron». Проведено исследование влияния давления распыляющего агента на характеристики струи после распыления водоугольных топлив с добавлением жидких отходов пиролиза резинотехнических изделий и отработанного моторного масла (от 3 до 12% по массе). Установлено, что снижение давления воздуха приводит к уменьшению угла раскрытия струи распыленной суспензии не более чем на 6%. При этом в струе образуются достаточно крупные капли размером более 600 мкм. Экспериментально доказано, что при использовании устройства распыления с камерой внутреннего смешения суспензии и воздуха большее количество мелких капель образуется при близких значениях давления топлива и воздуха. Число капель при этом больше на 2–9% в сравнении с типичным двухкомпонентным водоугольным топливом (угол раскрытия струи распыленных водоугольных суспензий в данном случае имеет наибольшее значение). Показано, что при использовании форсунки с камерой внутреннего смешения суспензии и распыляющего агента дробление капель топлива осуществляется за счет сил аэродинамического сопротивления окружающей среды. Таким образом, использование форсунки с камерой внутреннего смешения суспензии и воздуха снижает количество возможных механизмов дробления капель топлива после распыления.

Цель – разработка методики принятия решения по выбору площадки для размещения солнечно-дизельных систем генерации. При выборе площадки для размещения элементов солнечно-дизельной системы генерации использовалась процедура многокритериальной оценки эффективности вариантов площадки. Выбор площадки для размещения элементов солнечно-дизельной системы генерации с применением многокритериального подхода осуществлялся на примере с. Кунгуртуг Республики Тыва. После анализа территории вокруг села были выбраны четыре варианта площадок для размещения элементов солнечно-дизельной системы генерации. В качестве критериев выбраны удобство монтажа и обслуживания солнечно-дизельной системы генерации, рельеф местности и качество грунта, удобство компоновки фотоэлектрического преобразователя, воздействие солнечно-дизельной системы генерации на окружающую среду, возможности дальнейшего расширения системы и потенциал ориентации фотоэлектрического преобразователя. Для оценки значимости коэффициента конкордации определено значение квантили распределения равное 16,2. Табличное значение коэффициента конкордации равно 11,1 – для числа степеней свободы 5 и уровня значимости равного 0,05. Поскольку значение квантиля распределения больше табличного значения, то с достоверностью 95% можно утверждать, что коэффициент конкордации является значимым и имеет место согласованности мнений экспертов. В результате ранжирования вариантов площадок экспертами получены относительные оценки эффективности критериальных свойств; по формулам линейного преобразования выполнен перевод численных показателей в относительные оценки. Для среднеарифметической и гармонической форм свертки рассчитаны многокритериальные оценки эффективности вариантов. Анализ результатов сравнения вариантов площадок для размещения элементов солнечно-дизельной системы генерации позволил выбрать второй вариант площадки для с. Кунгуртуг (данный вариант имеет наибольшие значения многокритериальной оценки). Разработана методика принятия решений при выборе площадки для размещения элементов солнечно-дизельной системы генерации с использованием теории многокрительной оптимизации и метода экспертных оценок, позволяющая учитывать комплекс технико-экономических, климатических и экологических критериев.

Цель – установить геометрию формоизменения модели микронеровностей на рабочих поверхностях деталей при степенях деформирования, сопоставимых с высотой исходного микропрофиля; выявить влияние степени осадки микропрофиля на изменение его формы при стесненных условиях нагружения; оценить напряженное состояние микропрофиля по интенсивности напряжений. Для расчета численной модели микропрофиля на поверхностях деталей использована программная среда ANSYS Workbench. В качестве материала микропрофиля применяли свинец, олово, алюминий и медь. Разработана компьютерная модель осадки микропрофиля при стесненных условиях нагружения. Установлено, что поднятие дна впадины начинается при осадке микропрофиля величиной 10–20% и достигает значений 0,213–0,275 мм от первоначальной высоты профиля в зависимости от его материала. Относительная длина сглаженного участка микропрофиля достигает 0,786–0,925 мм от его первоначальной длины. Угол при основании деформированного микропрофиля достиг 570 – для моделей из меди, и 800 – для моделей из свинца. Глубина пустот составляет от 1,4 мм – 23% от первоначальной высоты профиля для моделей из свинца, и 1,8 мм – 30% от первоначальной высоты профиля для моделей из меди. При максимальной осадке микропрофиля увеличение предела текучести материала микронеровностей с 10 до 60 МПа способствует снижению как угла при основании деформированного микропрофиля, так и относительной длины и вертикального подъема максимальной точки впадин микропрофиля. Установлено, что смыкания боковых поверхностей микропрофиля не произошло. Напряженное состояние микропрофиля при осадке на 50% превысило предел его прочности в 4–8 раз. Представлен характер формоизменения микропрофиля, смоделированного из пластичных металлических материалов. Установлено, что численный расчет хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований по моделям микропрофиля, выполненным из свинца. Необходимо отметить, что полное выглаживание микропрофиля, вероятно, произойдет от поднятия впадин и сближения его боковых поверхностей. Результаты исследования полезно использовать при проектировании и изготовлении затворных узлов трубопроводной арматуры.

Цель – исследовать влияние инструментального зажимного патрона на динамическую устойчивость процесса фрезерования концевой фрезой заготовки из алюминиевого деформируемого сплава В95пчТ2. Для оценки динамической устойчивости применялся анализ разложенного в ряд Фурье сигнала, записанного в процессе фрезерования с помощью инструментального узконаправленного микрофона Shure PGA81-XLR. Фрезерование выполнялось на высокопроизводительном обрабатывающем центре HSC75 linear цельной твердосплавной концевой фрезой, выполненной из твердого сплава H10F. Режимы резания рассчитывались на основании диаграммы устойчивого резания, построенной по результатам операционного модального анализа технологической системы. Измерение шероховатости поверхности выполнялось контактным профилометром Taylor Hobson Form Talysurf i200. В качестве критериев оценки эффективности процесса резания использовались производительность, определяемая скоростью съема материала, и качество обработанной поверхности, устанавливаемое параметром шероховатости. Показана связь типа инструментального зажимного патрона, используемого для закрепления концевой фрезы, со скоростью съема материала и шероховатостью обработанной поверхности. Установлено, что для инструментальной наладки на базе силового зажимного патрона области стабильного резания, рассчитанные при ширине резания 16 мм и подаче резания 0,1 мм/зуб, соответствуют максимально возможной глубине резания равной 5,6 мм. При этом для остальных рассматриваемых патронов данный показатель меньше на 20–30%. В результате концевого фрезерования наладкой на базе силового патрона с цельной твердосплавной фрезой диаметром 16 мм и тремя режущими зубьями обеспечивается динамически устойчивое резание с наибольшей скоростью съема материала (575,6 см³/мин) и минимальной шероховатостью поверхности (0,56 мкм). На основании проведенного анализа для операции концевого фрезерования на станке с числовым программным управлением рекомендован выбор инструментального зажимного патрона силового типа, обеспечивающий повышение производительности фрезерования (свыше 25% относительно рассматриваемых инструментальных наладок). При этом сохраняется качество обрабатываемой поверхности и увеличивается стойкость режущего инструмента за счет динамически стабильного резания.

Цель – изучение процессов, возникающих при электроэрозионной обработке инструментальных сталей, влияние орбитальных движений электрода на точность обработки, а также обоснование применения индивидуальных траекторий орбит и внедрение этих данных в производство. Для написания программы траектории в машинных кодах на станок Mitsubishi EA-28 использовался программный комплекс CIMCO EDIT. Выполнялись опытное изготовление и замеры пуансона и толкателя вырубного штампа. Обработка производилась на электроэрозионном прошивном станке Mitsubishi EA-28. Прожиг осуществлялся в среде диэлектрика Blasospark GT 250. Обработка совершалась до шероховатости Ra0.6 за 9 проходов с применением стандартного пакета режимов обработки. В ходе проведенных опытных работ было выявлено влияние геометрии электрода на обработку острых углов: формирование на обрабатываемой детали «паразитных радиусов». Установлено, что при засверливании углов отверстиями с малым диаметром (0,4–0,6 мм) данное явление исчезает. Также замечен эффект инверсии движения электрода в зависимости от обкатки по внутреннему или внешнему краю траектории. Осуществлена обработка производственной детали (пуансон вырубного штампа). Во время обработки использовалась новая орбита, адаптированная геометрии изделия. Установлено, что деталь является отвечающей требованиям и соответствует конструкторскому чертежу. Штамп собран и передан в основное производство. По результатам проведенных испытаний, изучения отечественного и зарубежного опыта выработаны рекомендации по применению индивидуальных орбит при электроэрозионной обработке инструментальных сталей, твердых сплавов и других труднообрабатываемых токопроводящих материалов. Метод орбитальных движений по специальной траектории был внедрен на АО «Чебоксарский электроаппаратный завод» (г. Чебоксары).

Цель – разработка цифрового контроля и управления процессами электролитического рафинирования меди при решении вопросов повышения энергоэффективности. В качестве источника контроля технологического состояния электролизных ячеек предложено использовать сканирующие тепловизоры. При этом учитывался опыт работы систем автоматизации и контроля ОАО «Новгородский металлургический завод». Применялись математические методы исследований и стохастическая модель, разработанная на базе пакета MatLab. Данная модель используется на медеплавильном заводе Лаокай (Вьетнам). Предложен алгоритм, базирующийся на изменении значения температуры электролита в зависимости от степени нагрева катодного и анодного участков при дендритном замыкании, а также от времени нарушения процесса. Алгоритм разработан на языках программирования Visual BasicScript. Изменение степени нагрева участков замыкания фиксируется при помощи сканирующего тепловизора сразу же после изменения цвета поверхности катода. Установлена связь продолжительности времени короткого замыкания с количеством переходящего в осадок электролизной ячейки шлама. Шлам образуется после разрушения дендритного срастания и содержит благородные металлы. Разработанные мероприятия, наряду с переходом на цифровую обработку, необходимы для управляющего воздействия с учетом функциональных и кинетических зависимостей процесса рафинирования меди. Предлагаемые мероприятия и внедрение алгоритма контроля позволят внедрить системы удаленного доступа с элементами дополненной реальности при создании цифрового двойника, что позволит снизить удельный расход электроэнергии на 20–25% при уменьшении случаев замыканий электродов. Контроль состава и уровня электролита и шлама позволит снизить материальные потери и сохранить уровень концентрации благородных металлов в электролите. Для повышения качества управления автоматизацией электролитического производства катодной меди предложен ряд технических мероприятий, обеспечивающих ввод дополнительных точек контроля для расширения базы данных процесса. При этом снижается доля ручных периодических измерений технологических параметров.

Целью данной работы является применение новой методики для проведения эффективного контроля точности и анализа погрешности применения метода разложения Адомиана для решения нелинейного волнового уравнения мелкой воды, возникающего при выполнении ряда важных задач в различных областях машиностроения и теории материалов. Рассмотрены три важных случая: набегание жидкости на полуплоские берега, на берега с умеренным уклоном и на берега с крутым уклоном. В исследованиях применялся метод разложения Адомиана, являющийся полуаналитическим эффективным методом, обладающим большей гибкостью, чем прямое разложение в ряд Тейлора. В данном исследовании мы применяем метод CESTAC (Contrôle et Estimation STochastique des Arrondis de Calculs ), основанный на стохастической арифметике. Также вместо применения стандартных математических пакетов в работе эффективно использована библиотека контроля точности и отладки для численных приложений CADNA (Control of Accuracy and Debugging for Numerical Applications ). Программная реализация подхода с использованием библиотеки CADNA выполнена на C++ под операционную с истему LINUX. Вместо использования традиционной абсолютной ошибки, которая основана на точном решении и небольшом пороговом значении, используем новое правило останова, которое основано на двух последовательных приближениях. Основная теорема метода CESTAC показывает, что количество общих значащих цифр двух последовательных приближений практически равно количеству общих значащих цифр точного и приближенного решений. Применение представленной в работе методики позволило получить оптимальные численные результаты: найти погрешность и оптимальный шаг метода разложения Адомиана, чего не позволяли делать классические подходы. В этом заключается основная новизна работы. Приведены результаты тестирования разработанной численной модели для решения уравнения мелкой воды. Таким образом, при проведении численных расчетов с использованием предлагаемого метода разложения Адомиана продемонстрирована высокая точность и эффективность разработанного подхода для решения нелинейного волнового уравнения мелкой воды.

Цель − определение показателей разработанной технологической схемы комплексной переработки красного шлама формиатным методом: извлечение компонентов, выход и состав продуктов при переработке пробы формиатного раствора, полученного после выщелачивания красного шлама. В эксперименте использовался красный шлам, образующийся при производстве глинозема на Уральском алюминиевом заводе. Полученные пробы формиатного раствора после выщелачивания шлама анализировались на спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Optima 8000, для измерения влажности использовался анализатор влажности Sartorius MA-30, для измерения массовой доли элементов в металлических и неметаллических образцах, находящихся в твердом, жидком и порошкообразном состояниях, применялся рентгенофлюоресцентный спектрометр ARL 9800. Эксперименты велись при постоянном измерении и контроле значений pH при помощи pH-метра с функцией термокомпенсации. Проведены экспериментальные работы по сквозному извлечению ценных элементов из формиатных растворов выщелачивания красного шлама. Концентрат, содержащий Al, Sc, редкоземельные элементы, перерабатывается в самостоятельные продукты – оксид скандия и концентрат с редкоземельными металлами (после перевода алюминия в раствор путем его растворения в щелочи). Показано, что редкоземельные металлы и скандий концентрируются в твердой фазе, скандий затем селективно выщелачивается содобикарбонатным раствором с образованием водорастворимых карбонатных комплексов типа [Sc(CO₃)₄]^5- с карбонат-ионами СО₃^2-, НСО₃^-. В целом при использовании предлагаемой технологии извлечение скандия, редкоземельных элементов составило 98−99%; алюминия, формиатов кальция и натрия из продукционного раствора 99%. Конечными продуктами переработки формиатного раствора являются оксид скандия (с содержанием Sc₂O₃ 99% масс.), концентрат редкоземельных элементов (с содержанием 56,1%). Показана принципиальная возможность переработки растворов, полученных после проточного выщелачивания красного шлама формиатным способом.

Цель – провести аналитический обзор способов переработки техногенного отхода черной металлургии – пыли электродуговой плавки – с определением ежегодных объемов выбросов данной пыли и конкретизацией источника каждого отдельного компонента пыли. Сравнительный анализ проводился на основе обзора научных публикаций, посвященных вопросу переработки пыли электродуговой плавки, за последние 20 лет. Рассмотрены основные способы переработки пыли для излечения железа, цинка и других металлов с применением действующих технологий: пиро-, гидрометаллургических и их комбинаций. Показано, что на сегодняшний день разработано достаточно много различных высокотемпературных технологий, позволяющих эффективно перерабатывать цинксодержащие пыли (в частности, вельц-процесс и его производные). Однако многие из этих технологий остались на стадии разработки в силу различных причин (требуют огромных капитальных вложений, ненадежны, энергозатратны и имеют невысокую производительность). Показано, что гидрометаллургические процессы являются безопасными в экологическом плане, обеспечивают селективность по извлечению ценных компонентов и возможность регулирования технологических параметров. Подбирая растворитель (кислотный или щелочной), можно селективно извлекать необходимый металл из пыли, и данная технология будет рентабельна даже с низким содержанием ценного компонента. Описаны способы обработки изучаемой металлургической пыли неорганическими, органическими кислотами и растворами на основе аммиака. Рассмотрены как традиционные решения по переработке пыли электродуговой плавки в промышленных масштабах, так и последние лабораторные разработки, с недавнего времени внедренные на заводах по производству цинка (их особенности, преимущества и недостатки). Названы технологии, позволяющие извлечь ценные компоненты из пыли и вернуть их в производственный цикл.

Профессору Орлову Анатолию Ивановичу, выдающемуся ученому-металлургу, основателю кафедры автоматизации производственных процессов, одному из первых получивших это почетное звание в Иркутском политехническом институте, ныне Иркутском национальном исследовательском техническом университете, исполнилось бы в этом году 100 лет.