Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
№ 6 (2014)

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 

5-14 994
Аннотация
Проведен сравнительный анализ основных структурных схем резервирования устройств автоматического контроля и регулирования ответственных объектов электроснабжения, к которым предъявляются повышенные требования по надежности. Рассмотрены схемы пассивного дублирования, активного дублирования с устройством встроенного контроля, пассивного троирования, активного троирования с устройством встроенного контроля, комбинированного резервирования, мажоритарное резервирование по схемам «два из трех» и «три из пяти». По результатам произведенных расчетов проведено сравнение этих схем при идеальных устройствах встроенного контроля и идеальных мажоритарных элементах. Построены шкалы предпочтений систем по критериям максимумов среднего времени и средней вероятности безотказной работы. Шкалы предпочтений по критерию средней вероятности безотказной работы носят переменный характер в зависимости от интервалов, в которых находится параметр, представляющий собой произведение интенсивности отказов и времени. Последовательность предпочтений систем изменяется при достижении отказа каждой системы и в моменты пересечения кривых средних вероятностей безотказной работы систем. Анализ результатов расчетов показал преимущество систем троированного и комбинированного резервирования по надежности, что достигается большим увеличением затрат на создание этих систем. Показано, что при определенных условиях надежность системы пассивного троирования выше по сравнению с системой активного дублирования. Мажоритарные схемы позволяют определять не только полные, но и частичные (метрологические) отказы. Определено граничное значение ненадежности устройства встроенного контроля, позволяющее сделать обоснованный выбор между системами активного и пассивного резервирования.
14-23 511
Аннотация

Описано явление потери аэродинамического демпфирования, или аэродинамической неустойчивости профиля в потоке, наблюдаемое в экспериментах и инженерной практике. Применительно к промышленным высоковольтным линиям электропередачи данное явление обычно называют галопированием (пляской) фазных проводов. Показано, что его можно объяснить неустойчивостью по Ляпунову положений равновесия профилей (поперечных сечений) провода. В дополнение к известному условию неустойчивости Глауэрта – ден-Гартога получено удобное для практического применения условие неустойчивости, зависящее только от стационарных аэродинамических коэффициентов профиля – безразмерных коэффициентов лобового сопротивления и подъемной силы, а также от их производных по углу атаки.

Предложен эффективный численно-аналитический метод исследования устойчивости положений равновесия профиля в потоке, разработанный в последние годы на кафедре «Прикладная математика» МГТУ имени Н. Э. Баумана. Данный метод предполагает определение стационарных аэродинамических характеристик профиля путем численного моделирования обтекания профиля под различными углами атаки методом вихревых элементов и последующее применение аналитических условий устойчивости и неустойчивости по Ляпунову положений равновесия. Приведенные результаты решения тестовых задач по исследованию устойчивости ромбического и квадратного профилей, а также характерного профиля обледенелого провода и их сравнение с известными результатами экспериментов в аэродинамических трубах свидетельствуют об адекватности и достаточной точности разработанных методов и алгоритмов. Использование бессеточного лагранжева метода вихревых элементов и реализующее его программное обеспечение позволяют также решать сопряженные задачи аэрогидроупругости и производить прямое численное моделирование движения профиля в потоке. Приведены ссылки на исследования различных авторов в данной области.

23-30 531
Аннотация

Выключатели относятся к перечню оборудования энергосистем, надежность которых оказывает существенное влияние на надежность электроустановок. В частности, выключатели определяют структурную надежность схем распределительных устройств электростанций и сетевых подстанций. Отказ в отключении выключателем тока короткого замыкания с последующим отказом устройства резервирования отказов выключателей или защиты дальнего резервирования нередко приводит к системной аварии.

В условиях систематического увеличения эксплуатационных затрат на техническое обслуживание и ремонт масляных и воздушных выключателей проблема повышения их надежности и сокращения расходов на эксплуатацию приобретает большую актуальность. Одним из основных направлений решения этой проблемы является совершенствование методов диагностического контроля и организации ремонтов по техническому состоянию. Однако это требует привлечения большого количества статистической информации о паспортных данных и условиях эксплуатации выключателей, об их отказах, испытаниях и ремонтах, разработки компьютерных технологий и специализированных автоматизированных информационных систем (АИС).

В отделе «Надежность энергетического оборудования» АзНИПИИ энергетики разработана новая АИС с логотипом АИСВ. Отличительными особенностями АИСВ являются:

  • · обеспечение безопасности и безошибочности базы данных;
  • · проведение периодического контроля соответствия выключателей условиям эксплуатации;
  • · проведение оценки показателей индивидуальной надежности и характеристик их изменения для заданного сочетания разновидностей признаков;
  • · обеспечение не только информационной, но и методической поддержки персонала, ответственного за контроль технического состояния выключателей, как путем рекомендации результата решения эксплуатационной задачи, так и представлением возможности уточнения соответствия принимаемого решения современным правилам и методическим указаниям.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА 

31-47 510
Аннотация

Рассматриваются ключевая энергетическая проблема современности - рациональное и эффективное использование энергоресурсов – и возможность ее решения на базе концепции интенсивного энергосбережения. Выделяется один из путей решения задачи снижения потребления первичных энергоресурсов в Беларуси. Анализируется исходное состояние на пути дальнейшего совершенствования энергопотребления, который необходимо пройти до 2030 г. Для Беларуси показана ведущая роль в энергосбережении мероприятий по повышению эффективности потребления природного газа.

Выносится на обсуждение возможность использования побочных энергопотоков промышленных предприятий средне- и низкотемпературных, коммунальных и промышленных канализационных стоков, что ставит задачу перехода к принципиально новой системе теплоснабжения предприятий и городов, использующей побочные тепловые потоки, в том числе и низкотемпературные тепловые потоки промышленных предприятий, коммунального хозяйства, рассеиваемые в настоящее время в окружающей среде. Затрагиваются системные изменения, связанные с вовлечением побочных низкотемпературных тепловых потоков в процесс генерации тепловой энергии для систем отопления и горячего водоснабжения при использовании для этого абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов, сопрягаемых как с котельными, так и с ТЭЦ. Приведены многочисленные примеры возможного использования тепловых промышленных выбросов и канализационных стоков для снижения расхода топлива при генерации тепловой энергии для систем отопления и горячего водоснабжения.  Показано, что подобное расширение энергосберегающей базы не только обеспечивает снижение потребления  первичного энергоресурса теплогенерирующими источниками, но и существенно улучшает условия для работы энергосистемы Беларуси в части регулирования мощности и загрузки мощностей с вводом в строй АЭС. Рассматривается существующая техническая база, обеспечивающая предлагаемые изменения.

47-60 529
Аннотация

Современные башенные испарительные градирни могут использовать разнообразные аэродинамические элементы (дефлекторы, ветроперегородки и др.) для улучшения тепловой работы, особенно в условиях ветра. В статье численно исследуется влияние завихрителей в надоросительном пространстве и ветроперегородок на производительность башенной испарительной градирни в условиях ветра. В качестве прототипа взята действующая башенная испарительная градирня ТЭС «Ву-Джин», Китай. При расчетах использовали аналогию тепло- и массопереноса, что позволило рассмотреть аэродинамику однофазного потока и выполнить детальные трехмерные расчеты на современных персональных вычислительных машинах. Коэффициент теплоотдачи оросителя и его гидродинамическое сопротивление устанавливали в соответствии с экспериментальными данными по общему расходу воздуха в градирне. Численная модель протестирована с использованием экспериментальных данных.

Продемонстрирована нелинейная зависимость тепловой производительности башенной испарительной градирни от скорости ветра с минимумом (критическая скорость ветра) при ucr ~ 8 м/с для моделируемой системы. Использование крестообразных ветроперегородок существенно не изменяет критическую скорость ветра, но улучшает тепловую работу при умеренном и сильном ветре. Совместное использование ветроперегородок и завихрителей в надоросительном пространстве может повысить эффективность башенной испарительной градирни на величину до 20–30 % при угле установки завихрителей α = 60o. Расчеты позволяют анализировать аэродинамические структуры, возникающие в башенной испарительной градирне, и однородность поля скоростей в области оросителя.

Результаты исследования могут быть полезны для оптимизации конструкции градирен, в том числе и перспективных градирен гибридного типа.

60-72 509
Аннотация

Разработана численная модель нестационарного теплового режима вертикального грунтового теплообменника, позволяющая установить изменение во времени его основных параметров: теплового потока, температуры теплоносителя на выходе, усредненное распределение температуры в прилегающем грунте. Предлагаемый подход основан на решении уравнения теплопроводности в нестационарной плоской осесимметричной постановке с граничными условиями, учитывающими параметры грунтового теплообменника и температурный режим грунта на удалении. Решение проводили по методу конечных разностей. Достоверность разработанной модели подтверждается сравнением расчетных результатов с экспериментальными данными, полученными на разработанной установке, в которой имитировался нестационарный тепловой режим грунтового теплообменника в виде U-образной трубы, расположенной горизонтально в песчаной среде.

В эксперименте, проводимом в два этапа, было организовано охлаждение воды в грунтовом теплообменнике. На первом этапе определяли теплофизические свойства песка. Теплопроводность песка находили стационарным методом плоского слоя, температуропроводность – методом регулярного режима с применением цилиндрического калориметра. Полученные свойства использовали далее при обработке экспериментальных данных второго этапа – исследование нестационарной работы грунтового теплообменника. Проанализированы результаты четырех экспериментов с различной продолжительностью и характером изменения массового расхода и температуры теплоносителя. Расхождение результатов опыта и расчета по модели для температуры теплоносителя на выходе теплообменника отмечено в диапазоне 0,5–1,8 %, для температуры грунта – 1,0–2,3 %, для теплового потока – 3,6–5,4 %. Результаты экспериментов могут быть использованы для подтверждения достоверности других методов моделирования грунтовых теплообменников. Представленную численную модель можно использовать для анализа работы системы теплоснабжения с тепловыми насосами.

73-82 450
Аннотация

На основании математической модели процессов переноса теплоты и массы исследуется развитие тепловой загрязненной воздушной струи, формируемой над поверхностью протяженной нагретой плиты. Приводятся результаты численных расчетов, выполненных с целью поиска способа исключить выход загрязняющих веществ за пределы вытяжного зонта при наличии внешних воздействий. Рассматриваются три варианта удлинения свесов зонта: с обеих сторон, со стороны раздачи приточного воздуха, со стороны, противоположной расположению воздухораспределителей. Сравнение последствий применения указанных вариантов конструктивного решения зонта позволило установить, что наибольшее снижение утечек дает свес, расположенный со стороны набегающего потока воздуха. Установлено, что удлинение боковых свесов зонта не обеспечивает полной локализации загрязненной конвективной струи.

В ходе работы исследованы несколько вариантов использования экранов, расположенных со стороны бокового потока воздуха. Наилучший результат наблюдается в условиях применения экрана, симметрично расположенного относительно зазора между зонтом и плитой. Анализ локальных значений полей температуры и скорости в данном случае показывает, что утечка нагретого загрязненного воздуха в пространство цеха практически отсутствует. Установлено, что тепловая струя наиболее эффективно может быть локализована при условии симметричного относительно зонта распределения приточного воздуха. Рассматривается влияние открытых ворот на формирование конвективной струи в пространстве цеха с тепловыделениями. Отмечается смещение восходящей струи в противоположную от ворот сторону. Поступление лучистой теплоты от плиты имеет большое значение в формировании поля температуры близко расположенных участков поверхностей пола и стен.

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА 

83-93 412
Аннотация

Целью работы являлось изучение темпов декольматации зернистого слоя гравийной обсыпки скважины при создании в нем промывного потока реагента с заданными гидродинамическими параметрами и определение общей продолжительности обработки. Рассмотрено радиальное движение раствора реагента при нагнетании его снаружи контура гравийной обсыпки фильтра, направленное к оси скважины в условиях квазиустановившегося режима фильтрации при равенстве расхода закачки и откачки реагента из скважины.

Закольматированный грунт гравийной обсыпки схематизирован в виде пористого кольцевого цилиндра с внешним радиусом, равным радиусу контура гравийной обсыпки, высотой, равной длине фильтра, совершенной по степени вскрытия пласта скважины. Внутренний радиус цилиндра равен радиусу фильтра. Задана начальная насыщенность грунта кольматантом. Принято, что через наружную боковую поверхность кольцевого цилиндра равномерно по всей высоте подается реагент с заданным расходом. Прифильтровая зона задана однородной, движение – квазиустановившимся.

Составлена система уравнений: объединенного уравнения движения и сохранения массы и обобщенного уравнения кинетики, описывающих кинетику растворения кольматанта в режиме осуществления затрубной промывки кольцевой гравийной обсыпки скважины с учетом изменения структуры пористой среды. Получено аналитическое решение системы уравнений, которое позволяет рассчитать в процессе выщелачивания концентрацию солей в реагенте и определить удельный объем отложений в точке гравийной обсыпки в любой момент времени в процессе закачки реагента. Получена аналитическая зависимость для расчета продолжительности полной регенерации слоя зерен грунта на внешнем контуре гравийной обсыпки. Для расчета продолжительности полной регенерации всей толщи обсыпки предложено разбить период регенерации на ряд фаз последовательного выноса солей из грунта. Продолжительность одной фазы принята равной времени прохождения реагентом кольцевого участка. Каждая фаза рассчитывается отдельно, так как начальный удельный объем отложений во входном сечении изменяется после каждой фазы, что требует корректировки граничных условий. Методика поэтапного расчета продолжительности регенерации до достижения требуемой степени декольматации реализована на ЭВМ


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)