ro en

Электронный журнал №3(51)2021

"ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51)"

СОДЕРЖАНИЕ

1	Исследование взаимосвязанных физических процессов в магнитожидкостном герметизаторе Авторы: Нестеров С.А., Страдомский Ю.И., Белов В.С. ФГБОУВО Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина, г. Иваново, Российская Федерация
	Аннотация: Целью работы является создание взаимосвязанной численной модели магнитного и гидродинамического полей магнитожидкостного герметизатора для анализа влияния центробежных усилий при вращении вала на максимальный удерживаемый перепад давления. Поставленная цель достигается за счёт выбора необходимых уравнений, граничных условий, допущений и физических свойств магнитной жидкости при построении численной модели рабочего зазора герметизатора в среде конечно-элементного моделиро-вания Comsol Multiphysics. Важными результатами работы являются полученные и проанализирован-ные распределения магнитного поля и поля давления в магнитной жидкости, результаты оценки влияния центробежных усилий, возникающих при вращении вала, на удерживаемый герметизатором перепад давления. Показано, что при радиусе вала до 50 мм в диапазоне частоты вращения до 3000 об/мин из-менение удерживаемого перепада давления, связанное с центробежными эффектами, незначительно и не превышает 2 % от значений при неподвижном вале. Значительное проявление центробежной силы для исследованных радиусов вала начинается с 6000 об/мин. Для вала радиусом 50 мм при частоте враще-ния 13500 об/мин произойдёт отрыв магнитной жидкости от поверхности вала и пробой герметизатора. Показано, что снижение удерживаемого перепада давления с ростом величины рабочего зазора в основ-ном связано с уменьшением градиента магнитного поля в зазоре герметизатора, а конструкция магнито-жидкостного герметизатора с зубцами на валу имеет повышенную герметичность за счет использования центробежных сил. Значимость результатов состоит в возможности использования разработанной чис-ленной модели при исследовании взаимосвязанных физических процессов в рабочем зазоре магнито-жидкостного герметизатора вращающихся валов. Проведённое сравнение с данными, полученными по упрощенным аналитическим формулам, показало, что они завышают удерживаемый перепад давления и это необходимо учитывать при проектировании новых устройств.
	Ключевые слова: магнитная жидкость, магнитожидкостный герметизатор, перепад давления, численное моделирование, Comsol Multiphysics. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.01
2	Исследование неполнофазных установившихся режимов работы фазоповоротного трансформатора по схеме шестиугольника с регулировочным автотрансформатором Авторы: Бошняга В.А., Суслов В.М. Институт энергетики Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Предлагаемое устройство обладает существенными преимуществами по сравнению с известными и позволяет реализовать гибкую связь энергосистем на переменном токе без использования звена постоянного тока. Важную роль при оценке реализуемости и других технических характеристик играет поведение устройства в неполнофазных режимах. Поэтому целью работы является исследование неполнофазных установившихся режимов работы и оценка их допустимости для нового фазоповоротного трансформатора по схеме многоугольника с дополнительным регулировочным автотрансформатором. Для решения этой задачи разработана математическая модель устройства. Модель включает три основных новых блока, два из которых моделируют основной и добавочный 6-ти обмоточные трехстержневые трансформаторы, имеющие разные наборы параметров. Параметры основаны на данных для режимов короткого замыкания и холостого хода для прямой и нулевой последовательности. Третий блок обеспечивает подключение нагрузки к нужным отводам автотрансформатора. В результате расчетов получены значения напряжений и токов во всех обмотках в неполнофазных режимах работы устройства, что позволило проанализировать допустимость таких режимов и сделать вывод о том, что нет необходимости принятия специальных мер по защите от них. Показано, что напряжения на обмотках основного трансформатора несущественно зависят от схемы подключения регулирующего автотрансформатора, а картина распределения токов в обмотках трансформаторов определяется схемой подключения автотрансформатора. Эта информация необходима для более точной оценки типовой мощности, определяющей расход активных материалов на изготовление устройства. Выявлено наличие заметного тока нулевой последовательности, протекающего через заземленные нейтрали источника питания и нагрузки, с чем связан выход небольшого магнитного потока во внешнее пространство. Значимость работы также, наряду с новыми результатами, заключается в том, что разработанная модель является универсальным удобным инструментом для исследования практически любых несимметричных режимов работы как данного устройства, так и других подобных.
	Ключевые слова: неполнофазный режим, фазоповоротный трансформатор, вектора токов и напряжений обмоток, токи нулевой последовательности, распределение относительных магнитных потоков. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.02
3	Определение параметров качества трансформаторного масла по его координатам цветности Авторы: Козлов В.К., Валиуллина Д.М., Куракина О.Е., Садыков Э.М. ФГБОУ ВО Казанский государственный энергетический университет, Казань, Российская федерация
	Аннотация: Силовые маслонаполненные трансформаторы являются неотъемлемой частью электроэнергетической системы. Длительность срока службы трансформаторов и как следствие электроэнергетической системы во многом зависит от химического состава и электроизоляционных свойств масла. В связи с этим большое внимание уделяется контролю физико-химических показателей и эксплуатационных свойств трансформаторных масел. Целью работы является определение таких важных диагностических параметров, как кислотное число и тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторного масла по измеренным координатам цветности трансформаторного масла, т.е. по цвету масла. Поставленная цель достигается за счет изучения координат цветности трансформаторных масел. Для этого используется источник белого света, в качестве которого выступает светодиод с линией накачки 450 нм и максимумом излучения в районе 550-560 нм, с излучением в области от 400 нм до 800 нм. Датчики 1, 2, 3 позволяют определять координаты цветности измеряемого источника R, G, B (красный, зеленый, синий) за счет нескольких приемников имеющих спектральные характеристики чувствительности в соответствующей области видимого спектра. Данная установка позволяет определять координаты цветности излучения люминесценции ТМ (Датчик 1), рассеянное излучение (Датчик 2) и прошедшее излучение (Датчик 3) и тем самым получать количественные характеристики этих излучений. Наиболее существенным результатом статьи является установление корреляционных связей между координатами цветности ТМ их кислотным числом и тангенсом угла диэлектрических потерь ТМ. Значимость полученных результатов состоит в том, что по координатам цветности, а, следовательно, и по цвету масла можно определить кислотное число и тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторного масла. Это значительно облегчает диагностику трансформаторного масла, дает ценную информацию относительно его текущего состояния, позволяет предотвратить его полное окисление и как следствие возможные причины аварий маслонаполненного оборудования.
	Ключевые слова: трансформаторное масло, кислотное число, тангенс угла диэлектрических потерь, цветовые характеристики, координаты цветност DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.03
4	Повышение точности определения параметров и потерь напряжения в троллеях шинопровода с учетом коэффициента мощности сети Авторы: Коцур М.И., Ярымбаш Д.С., Безверхняя Ю.С., Коцур И.М. Национальный университет «Запорожская политехника»» Запорожье, Украина
	Аннотация: Системы цехового электроснабжения должны удовлетворять жестким требованиям высокой надежности и эффективности. Одним из важных компонентов систем цехового электроснабжения являются троллейные шинопроводы. Существуют инженерные методы определения параметров, потерь напряжения и мощности, но при этом имеют высокую погрешность; другие методы обладают высокой эффективностью расчета, но не позволяют определить падение напряжения в зависимости от коэффициента мощности сети. Поэтому поставленная цель достигается за счет разработки подхода, позволяющего с высокой точностью определить параметры и падение напряжений в троллеях шинопровода в зависимости от коэффициента мощности сети, который основан на декомпозиции электромагнитных процессов в троллейном шинопроводе посредством включения одной из фаз шинопровода для определения активного и реактивного сопротивлений без влияния внешнего магнитного поля, а также двух фаз шинопровода для определения активного и реактивного сопротивлений при наличии внешнего магнитного поля, вызванного действием стороннего тока соседнего троллея шинопровода. Наиболее существенными результатами являются определение на основе полевого моделирования активных и реактивных сопротивлений, в зависимости от частоты гармоник тока и расстояния между фазами троллей шинопровода. Предложены зависимости для определения значений активного и реактивного сопротивлений для соответствующих фаз и гармоник тока. Получено аналитическое выражение зависимости падения напряжения в троллеях от коэффициента мощности сети. Данные экспериментального исследования подтверждают высокую эффективность и точность предложенного подхода. Значимость полученных результатов состоит в более точном определении параметров и потерь напряжения в каждой фазе троллеев шинопровода не зависимо от их расположения, количества, формы, а также не симметрии фазных токов без затрат времени на полевое моделирование.
	Ключевые слова: шинопровод, электромагнитное поле, модель, активное и реактивное сопротивление потери напряжения, гармоники тока; коэффициент мощности. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.04
5	Моделирование теплопроводности в среде с фазовым переходом с подвижной границей раздела фаз Авторы: Мизонов В.Е., Тихонов А.И., Басова Е.В., Митрофанов А.В. Ивановский государственный энергетический университет Иваново, Российская Федерация
	Аннотация: Цель работы заключается в теоретическом исследовании влияния движения границы раздела фаз на теплопроводность в нелинейной среде жидкость-твердое с фазовым переходом. Рассматриваемая задача является одним из вариантов задачи Стефана. Ее наиболее существенной особенностью является скачок свойств фаз на границе их разделения, где граница перемещается по мере протекания процесса. Поставленная цель достигается путем решения следующих задач: построение математической модели процесса на основе его ячеечного представления и использования математического аппарата теории цепей Маркова, выполнение численных экспериментов с разработанной моделью, демонстрирующих ее работоспособность и возможность достижения поставленной цели. Наиболее существенными научными результатами являются: алгоритм построения ячеечной математической модели нелинейной теплопроводности в среде с фазовыми переходами с движущейся границей раздела фаз для доменов канонической формы (плоская стенка, цилиндр, шар), результаты численных экспериментов, показывающие, что учет скачка свойств на движущейся границе разделения оказывает существенное влияние на кинетику протекания процесса. Значимость полученных результатов состоит в разработке простой, но информативной математической модели кинетики термической обработки сред, внутри которых протекают фазовые переходы с перемещающейся границей раздела фаз, доступной для непосредственного использования в инженерной практике. Учет переменности свойств на движущейся границе фазового перехода повышает точность прогнозирования состояния процесса, но, естественно, это повышение зависит от того, насколько сильно отличаются свойства фаз. Предложенный алгоритм построения модели может эффективно применяться при прогнозировании промерзания открытых водопроводных и иных труб для перекачки жидкости в холодных регионах, при моделировании термической обработки металлов и других материалов, при выборе режимов замораживания пищевых продуктов для длительного хранения и многих других теплофизических процессов. Модель может быть легко адаптирована к описанию нелинейной теплопроводности в многослойных средах.
	Ключевые слова: нелинейная теплопроводность, фазовый переход, граница раздела фаз, теплофизические свойства фаз, ячеечная модель, вектор состояния, матрица теплопроводности, численный эксперимент. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.05
6	Технология повышения технико-экономической и экологической эффективности котельных установок физико-химической коррекцией состава водотопливных эмульсий Авторы: Филипщук А.Н., Колбасенко О.В., Шевцов А.П., Дымо Б.В. Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова Николаев, Украина
	Аннотация: Целью работы является обоснование возможности повышения технико-экономической и экологической эффективности, а также работоспособности котлов (по интенсивности коррозионных процессов), в которых сжигаются водотопливные эмульсии с повышенным водосодержанием и солесодержанием. Для достижения поставленных целей проведены комплексные экспериментальные исследования горения мазута и эмульсий на его основе, а также коррозионных процессов, при физико-химической коррекции параметров: водосодержания от 2 до 30%, солесодержания от 17 до 490 мг/дм3 при кавитационной обработке воды в электрическом поле электродиализатора и жесткой кавитационной обработке эмульсий в гидродинамическом гомогенизаторе. Существенным результатом проведенных исследований является то, что при водосодержании около 30% в составе дымовых газов достигается отношение NO2:NO на уровне 0,33, что повышает абсорбционные свойства сернистых газов и приводит к пассивации углеродистой стали в конденсате серной кислоты и снижению интенсивности низкотемпературной коррозии до уровня 0,3…0,12 мм/год в диапазоне значений температуры металла 130…70 °С, что позволяет применить конденсационные поверхности и снизить температуры уходящих газов до 80…100 °С, повысить КПД вспомогательных котлов на 10…15% и достичь экономии чистого топлива до 25…27 %, увеличить глубину утилизации теплоты выхлопных газов до 65%. При этом достигается снижение концентрации NOх в 3,2 раза, SO2 в 2,5 раза, СО2 в 1,4 раза и соответственно уменьшение размеров секций скрубберов. Полученные результаты отличаются от известных комплексным учетом технико-экономических и экологических параметров при обеспечении низкой интенсивности низкотемпературной коррозии. Значимость полученных результатов заключается в том, что на их основе разработана технология, которая обеспечивает комплексное использование водных ресурсов при применении электродиализных опреснителей, сточных и нефтемаслосодержащих вод, а также обеспечении работоспособности котлов при водосодержании эмульсий ~30% и солесодержании до 450 мг/дм3.
	Ключевые слова: эмульсия, водосодержание, солесодержание, кавитация, дисперсность, активность, электродиализ, дилюат, католит, комплексная технология, коррозия, конденсационные котлы, эффективность, экология. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.06
7	Совершенствование метода прогнозирования и расчета работы сорбционных систем очистки генераторного газа на основе доломита. Часть I Авторы: 1Малько М.В., 2Василевич С.В., 3Митрофанов А.В., 3Мизонов В.Е. 1Институт энергетики НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь, 2Белорусская государственная академия авиации, Минск, Республика Беларусь, 3Ивановский государственный энергетический университет, Иваново, Российская Федерация
	Аннотация: В настоящее время наблюдается тенденция к диверсификации энергетики и расширению ее твердотопливной ниши. Следствием этой тенденции является расширение использования малых энергетических объектов (когенерационных электростанций), предполагающих получение генераторного газа из местного твердого топлива, а не прямое его сжигание. Экономические показатели подобных объектов малой энергетики существенным образом зависят от эффективности технологии очистки генераторного газа. Перспективным катализатором-сорбентом для очистки генераторного газа является доломит, использование которого для этих целей обосновано на качественном уровне технологическим решением. Количественное прогнозирование показателей систем очистки генераторного газа достаточно сложная задача, а совершенствование инструментов для проектирования, эксплуатационных и оптимизационных расчетов этих систем является крайне актуальным. При работе в качестве катализатора и сорбента частицы доломита обычно организуются в слой, через который фильтруется нагревающий их генераторный газ. Цель данной работы состоит в совершенствовании метода прогнозирования и расчета работы сорбционных систем очистки генераторного газа на основе доломита. Поставленная цель достигается за счет термогравиметрического исследования термического разложения одиночных частиц доломита в статических условиях при различных температурах и определении значений кинетических параметров процесса в зависимости от размера (массы) исследуемого образца. Наиболее существенным результатом исследования является то, что выявлена зависимость кинетических параметров брутто-реакции от размера исходной частицы (массы навески) и предложено эмпирическое уравнение для ее количественной оценки. Кроме того, поскольку время тепловой обработки материала было достаточно велико, а размер частиц позволяет отнести их к термически тонким телам, то было сделано заключение, что влияние размера зерен на кинетику реакции следует объяснять через описание процесса эвакуации газообразных продуктов реакции из материала. Значимость результатов исследования состоит во включении в рассмотрение размера частицы в качестве фактора, влияющего на ход технологического процесса, что повышает достоверность расчета сорбционно-каталитических систем, основанных на применении доломита.
	Ключевые слова: генераторный газ, доломит, термическое разложение, сорбент, термогравиметрический анализ, кинетика разложения, система очистки генераторного газа. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.07
8	Гибридный тепловой насос на диоксиде углерода для многоквартирных жилых зданий в системе теплоснабжения на базе ТЭЦ Авторы: Шит М.Л., Журавлев А.А. Институт энергетики, Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Работа посвящена системам централизованного теплоснабжения на базе ТЭЦ и использованием в них тепловых насосов (ТН) на диоксиде углерода. Тепловые насосы использованы в системах теплоснабжения зданий и используют в качестве источника низкопотенциальной теплоты (НПТ) теплоту наружного воздуха, и, одновременно, теплоту обратной сетевой воды (ОСВ). Целью исследования является разработка структурной схемы такого теплового насоса, где наружный воздух подогревается теплообменником, установленным в лини обратной сетевой воды системы теплоснабжения, разработка гидравлической схемы теплового насоса с учетом закона регулирования системы отопления здания, разработка алгоритма управления режимами работы так называемого балансирующего теплообменника, установленного после газоохладителя и внутреннего теплообменника теплового насоса. Наиболее существенными результатами являются гидравлическая схема теплового насоса, аэродинамическая схема тракта подачи воздуха на испаритель теплового насоса, система управления балансирующим теплообменником с учетом требования обеспечения работы регулирующего вентиля в однофазном потоке. Значимость полученных результатов состоит в получении зависимостей между температурным графиком СО и параметрами термодинамического цикла теплового насоса, при которых обеспечивается работа регулирующего клапана теплового насоса в однофазной среде. Установлено, что в схему этой САР должен быть включен функциональный преобразователь, связывающий температуру наружного воздуха координаты выхода балансирующего теплообменника на термодинамическом цикле теплового насоса. Разработана структурная схема регулирования режима теплового насоса посредством включения после газоохладителя и первичного контура внутреннего теплообменника так называемого балансирующего теплообменника. Режим работы этого теплообменника выбирается из условия обеспечения режима работы регулирующего клапана теплового насоса только на однофазной среде. Разработана структурная схема системы автоматического регулирования значения величины перепада энтальпий на этом теплообменнике.
	Ключевые слова: тепловой насос на диоксиде углерода, отопление, система управления тепловым насосом, термодинамический цикл. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.08
9	Роль пищевых энерготехнологий в решении глобальных проблем человечества Авторы: Бурдо О.Г. Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса, Украина
	Аннотация: Проведен анализ глобальной прогнозной модели «Римского клуба». Выделены глобальные кризисы, которые должно решать человечество. Дан критический анализ полувековой деятельности «Римского клуба». Обоснованы причины отсутствия практических результатов их деятельности. Определена цель работы — установить задачи пищевой индустрии в решении глобальных проблем человечества. Отмечено, что глобальные кризисы (энергии, экологии и пищи) наиболее ярко проявляются в пищевой индустрии. Для достижения поставленной цели предложена научно-техническая идея, что в решении глобальных задач следует привлекать инновационные технологии, которые в проектах «Римского клуба» вообще не принимались во внимание. Дан анализ индустриальных эпох развития человечества. Показано, что характер развития этих эпох подобен моделям глобальных кризисов. Сформулирована парадигма развития человечества с учетом современных успехов науки и техники, нанотехнологий. Обосновано, что применение нанотехнологий в пищевой индустрии привлекательно тем, что пищевое сырье — это созданные природой наноразмерные структуры. Локальное энергетическое воздействие на наноразмерные элементы пищевого сырья может на порядки сократить время процесса, снизить энергетические затраты, добиться глубокого извлечения целевых компонентов. Такие воздействия названы «наноэнерготехнологиями». Рассмотрены механизмы гибридных процессов. Показано, что инструментом практической реализации процессов являются электродинамические технологии. Наиболее существенным результатом работы является то, что показана возможность управлять развитием глобальных кризисов за счет перевода пищевой индустрии на рельсы «нанотехнологий», снизить остроту этих кризисов и отсрочить их на 10-40 лет. Научная значимость полученных результатов в том, что в работе используются новые эффекты, который названы «бародиффузией» и «механодиффузией». Практическая значимость работы состоит в том, что предложена технологическая линия глубокой переработки отходов с выделением функциональных компонентов. Так, из отходов выделяются резервные источники пищи и топливные пеллеты при снижении нагрузки на среду обитания.
	Ключевые слова: нанотехнологии, гибридные процессы, электродинамические технологии, экоиндустрия, отходы пищевых производств, глобалистика. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.09
10	Эффективность добавления экструдированной соломы пшеницы к куриному помету для увеличения скорости выхода биогаза Авторы: 1Полищук В.Н., 1Шворов С.А., 1Заблодский Н.Н., 2Кучерук П.П., 1Давиденко Т.С., 1Дворник Е.А. 1Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев, Украина 2Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины, Киев, Украина
	Аннотация: Целью работы является повышение выхода биогаза на биогазовых установках за счет совместного сбраживания птичьего помета с экструдированной соломой пшеницы. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработан методический подход для проведения исследований; проведен анализ физико-химического состава инокулята и образцов органических материалов; произведено моделирование компонентного состава смеси инокулята и исследуемых образцов органических материалов; экспериментально исследованы показатели выхода биогаза и СН4 в процессе периодического анаэробного сбраживания смесей помета с экструдированной соломой пшеницы. Рабочая гипотеза исследования заключается в том, что добавление пшеничной соломы позволит оптимизировать соотношение C:N, уменьшив таким образом ингибирующее воздействие аммонийного азота, содержащегося в птичьем помете, на процесс сбраживания. Наиболее важный результат исследования заключается в разработке методики определения рациональных соотношений экструдированной соломы и помета, при которых обеспечивается наибольшая скорость выхода метана. Для изучения эффекта добавления соломы в куриный помет были проведены две серии экспериментов в периодическом режиме при температуре 36°C – с высокой и низкой исходной концентрации органического вещества. В каждой серии испытывались три вида смесей – 100%, 65% и 35% птичьего помета (по сухому органическому веществу) в сочетании с гранулами из пшеничной соломы. Значимость результатов исследования состоит в том, что использование экструдированной соломы совместно с куриным пометом позволяет увеличить скорость выхода метана почти в 2 раза, по сравнению со сбраживанием только птичьего помета. Преимущество использования гранул из экструдированной пшеничной соломы состоит также в том, что такое сырье лучше транспортировать и хранить на складе, что необходимо для непрерывной работы биогазовых установок, так как сельскохозяйственные отходы являются сезонными.
	Ключевые слова: биогаз, субстрат, куриный помет, солома, сухое органическое вещество, ферментер, завод по производству биогаза, метановое брожение. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.3-51.10