Цель – оптимизация конструкции механизма регулировки высоты барабана угледобывающей машины путем изменения размера и угла механизма регулировки для повышения надежности работы механизма в тяжелых эксплуатационных условиях. В работе использован метод оптимизации роя частиц. В качестве опорных параметров были выбраны значения длины большого рычага, длины малого рычага и максимального угла поворота коромысла. При условии ограничения рабочей высоты и длины коромысла установлена многоцелевая оптимизационная модель с углом качания и напряжением цилиндра барабана в качестве целевых функций и переведена в одноцелевую функцию (при помощи линейных весовых коэффициентов). Граничные условия оптимизации получены на основе анализа рабочих характеристик каждой части механизма регулировки рабочей высоты угледобывающей машины – угол качания, ход цилиндра, нагрузка на цилиндр и коромысло, ограничение по высоте и длине коромысла и рычагов. Алгоритм оптимизации роя частиц использован для оптимизации ключевых размерных и угловых параметров коромысла. Результаты оптимизации проверены для оценки их точности. Установлено, что по сравнению с исходными параметрами удалось достичь следующих изменений оптимизируемых величин: ход цилиндра сократился на 17,9%, длина цилиндра сократилась на 8,94%, угол качания уменьшился на 2,83%, напряжение цилиндра уменьшилось на 12,1%, на 6,83% увеличился изгибающий момент коромысла. Таким образом, предложены рекомендации по оптимизации конструкции системы регулировки высоты коромысла угледобывающей машины, способствующие повышению надежности ее работы в сложных условиях.
Цель – определение формальных условий выбора черновых баз и правил задания связей между поверхностями заготовки и поверхностями детали, обрабатываемой на металлорежущих станках. Основой исследования является геометрия неидеальных объектов, представляющая геометрическую конфигурацию детали или заготовки в виде множества поверхностей (S), расположенных в строгом соответствии с набором линейных и угловых размерных связей (V) в шестимерном геометрическом пространстве. Представление размерных связей в каждом из шести измерений выполнялось с использованием теории графов. При моделировании процесса последовательной обработки поверхностей использован алгоритм, описанный в работах В. Г. Старостина и В. Е. Лелюхина. Рассмотрен вопрос выбора черновых баз, где критерием выбора установлена возможность формального (автоматического) формирования последовательности обработки поверхностей детали без перерасчета размерных цепей, заданных на чертеже. Показано, что установленный критерий позволяет избежать существенного «ужесточения» допусков и увеличения производственных затрат, а также является гарантией сохранения исходной конструкции детали. Проведенные исследования графов размерных связей позволили выявить и сформулировать правила выбора черновых баз и условия их связи с комплексом поверхностей детали. На примере представления геометрического образа детали и заготовки в шестимерном пространстве с двумя метриками (линейная и угловая) подробно показан процесс формального определения поверхностей, используемых в качестве баз на каждом шаге обработки. По результатам выполненных исследований предложен формальный метод выбора черновых баз, принципиальным условием которого является наличие заданных на чертеже размерных связей между поверхностями заготовки и детали в трех угловых измерениях. Изложенные материалы являются частью комплексных исследований, выполняемых для решения проблемы создания систем автоматического формирования технологических процессов изготовления деталей.
Целью работы является определение объема материала, разрушенного единичным зерном (единичным микровыступом), производящим упругое и пластическое деформирование материала при взаимодействии абразивного инструмента с обрабатываемой поверхностью. Для расчета интенсивности деформации пластически оттесняемого материала заготовки под действием единичного зерна использован метод линий скольжения (метод характеристик). Для определения объема материала, разрушенного единичным зерном в результате полидеформирования, при его перемещении в тангенциальном направлении определены: площадь деформированного материала, интенсивность деформации сдвига, интенсивность скорости деформации сдвига, количество циклов пластического деформирования, необходимое для разрушения материала в различных зонах поля линий скольжения. Решение этих задач выполнено с использованием радиусов кривизны линий скольжения в физических плоскостях и в плоскостях годографов скоростей для меридиональной и нормальной к оси плоскостях сечения зерна. Определена упругая деформация материала, которая учитывается при расчете шероховатости обрабатываемой поверхности. Рассмотрено стружкообразование при действии единичного зерна с определением площади поперечного сечения стружки. Это позволило перейти к определению съема материала при абразивной обработке. Теоретические положения по определению перечисленных выше показателей подтверждены экспериментальными данными. Таким образом, исследования, проведенные методом линий скольжения, позволили определить объем пластически деформированного материала, величины и скорости деформации при действии единичного зерна, объем удаленного материала в результате многократного пластического деформирования и в виде стружки. Проведенные исследования являются составной частью исследования производительности процесса и шероховатости обработанной поверхности при финишной обработке заготовок эластичными полимерно-абразивными инструментами и свободными абразивными частицами.
Цель – разработка способа обжига сульфидных медь-мышьяксодержащих материалов для удаления мышьяка. Объектом исследования явились образцы «тонкой» пыли медеплавильного производства следующего состава, масс. %: 34,89 Zn; 20,02 Cu; 17,74 Pb; 17,07 Fe; 7,12 As; 0,92 Sb; 0,69 Sn; 0,63 Ca; 0,42 Mo; 0,34 K. Химический состав материалов анализировали с помощью энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного спектрометра SHIMADZU EDX-7000, дифрактометра Bruker D8 Advance. Процесс обжига осуществляли в лабораторной трубчатой печи при температуре 550–800°С, продолжительности 60–120 мин, добавке в шихту FeS2 в количестве 25–50%. В результате проведенных лабораторных экспериментов были определены условия процесса, при которых остаточное содержание токсичного мышьяка в огарках составило до 0,3 масс. %: температура – 750–800°С, продолжительность – 1,5–2,0 ч (в инертной атмосфере), содержание пиритного концентрата в шихте – 30 масс. % . При этом извлечение As в газовую фазу достигает 91–96%. Показано, что для снижения температуры обработки до 600°С необходимо добавить в смесь медеплавильной пыли с пиритом восстановитель (отсев кокса) либо повысить долю пирита в навеске до 50 масс. % и выдержать смесь в течение 1,5–2,0 ч (в инертной среде – атмосфере аргона и азота – или при недостатке кислорода в дутье). При этом извлечение As в газовую фазу составляет до 97%. Рентгеноспектральный анализ полученного осадка на охлаждаемых концах кварцевых трубок печи при выходе газов, образующихся в результате обжига, показал, что данный материал преимущественно (до 93%) состоит из мышьяка. Получаемый огарок на 94 масс. % представлен соединениями железа, цинка, меди и свинца. Таким образом, получаемый в результате обжига «тонких» пылей медеплавильного производства огарок пригоден для возврата в процесс производства меди.
Цель – изучение распределения бора между кремнием и шлаком систем CaO-SiO2, MgO-SiO2, CaO-MgO-SiO2, CaO-Al2O3-SiO2 в восстановительных условиях для определения принципиальной возможности и условий применения борсодержащих материалов для устранения ошлакования плавильной зоны при выплавке технического кремния в рудотермических печах. В качестве объекта исследования применялись модельные шлаки, полученные сплавлением оксидов марки ХЧ, а также сплавы на основе кремния с примесью бора. Кремний использовался качества 5N производства ТОО «Kazakhstan Solar Silicon». Сплавы с бором изготавливались самостоятельно сплавлением кремния с бором. Эксперименты проводились путем выдержки в графитовых тиглях шлака и сплавов в жидком состоянии при температуре 1600°С в слабо восстановительных условиях. Содержание бора в образцах шлака и кремния анализировалось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В результате исследований установлено, что коэффициент распределения бора в вышеуказанных системах составляет от 2 до 2,5 во всей области расплавов этих систем при 1600°C. Показано, что коэффициент распределения бора уменьшается с увеличением содержания Al2O3 в трехкомпонентной системе CaO-Al2O3-SiO2, что согласуется с аналогичными данными, полученными другими авторами. Показано, что при использовании в экспериментах графитовых тиглей создаются восстановительные условия, приближенные к условиям рабочей подины рудотермической печи. Соответственно, это обеспечило получение более адекватных данных при прогнозировании равновесного содержания бора в кремнии (в сравнении с экспериментами, проводимыми в глиноземных тиглях другими авторами). Также установлено, что коэффициент распределения бора не зависит от содержания оксида магния в двойной (MgO-SiO2) и трехкомпонентной (CaO-MgO-SiO2) системах. Таким образом, полученные в исследованиях результаты позволяют исключить ограничения по содержанию бора в борсодержащих флюсах при выплавке технического кремния.
Целью исследования являлась адаптация технологии электрообезвоживания нефти применительно к каменноугольной смоле (побочного продукта при производстве кокса для доменной плавки) для удаления золы (фусов) и воды. Объектом исследований – каменноугольная смола, поступающая с коксовых батарей, которая с водой и золой образует коллоидную систему. В работе использовали метод электрообезвоживания, используемый в настоящее время для удаления воды из коллоидной системы нефть–вода. Рассмотрена конструкция электродегидратора 2-ЭГ-160-2, а также особенности подачи смолы в электродегидратор (в сравнении с подачей нефти). Показано, что в предлагаемом способе работы электродегидратора смола и фусы будут оседать в нижней части агрегата ввиду большей плотности воды (плотность смолы порядка 1200 кг/м3 и более). Предложена схема включения электродегидратора в схему обеззоливания на коксохимическом предприятии. Произведен расчет процесса разделения каменноугольной смолы в электродегидраторе. В результате полученных в ходе расчетов показателей можно сделать вывод, что производительность данного оборудования при обезвоживании смолы (в отличие от нефти) значительно снижается, что связано с большей плотностью и вязкостью смолы. Вследствие высокой вязкости смолы по сравнению с вязкостью нефти (при 80°С в ~ 40 раз) производительность электродегидратора по смоле составит ~40 тыс. т (для нефти ~ 1 млн т). Однако производительности в 40 тыс. т по одному электродегидратору достаточно, чтобы закрыть потребности по обезвоживанию каменноугольной смолы для АО «Уральская Сталь». В результате проведенных исследований предложено включение в общую схему обезвоживания каменноугольной смолы электродегидратора с целью достижения нормативных показателей смолы для дальнейшего ее применения и продажи в качестве целевого продукта. Благодарности. Данная работа выполнена в рамках проекта образовательно-производственных групп, реализуемых в сотрудничестве НФ НИТУ «МИСИС» и АО «Уральская Сталь».
Цель исследования – провести анализ актуальных проблем и методов, предлагаемых для решения задач проектирования, эксплуатации и планирования развития будущих устойчивых электроэнергетических систем с учетом интеграции возобновляемых источников энергии, объединения тепловых и газовых сетей с использованием высокоскоростных каналов связи. Излагается авторский метод обеспечения устойчивости системы и защиты целостности электроэнергетических систем. Для обеспечения устойчивой работы будущих электроэнергетических систем предлагается использовать методы многоуровневой оптимизации и управления цифровыми энергосистемами, технологии интеллектуальных сетей и методы обработки векторных измерений на основе кибербезопасных каналов связи. Установлено, что предложенные схемы позволяют обеспечить устойчивость системы и защитить ее целостность. С целью демонстрации эффективности таких подходов приведен пример решения задачи предотвращения веерных отключений энергосистемы путем целенаправленного разделения/изоляции системы на основе авторского двухэтапного алгоритма управляемой изоляции. Показано, что для решения поставленных задач современной электроэнергетики является эффективным использование новых телекоммуникационных технологий, средств обеспечения ситуационной осведомленности и схемы защиты целостности систем, основанных на современных методах исследования операций и искусственного интеллекта. Предложенный авторами метод многокритериальной оптимизации использует минимизацию целевой функции нарушения перетока мощности и учитывает ограничения на согласованность работы генераторов. Метод был протестирован на тестовой схеме IEEE, состоящей из 118 узлов. Тестовые расчеты подтвердили, что метод позволяет обеспечивать минимальный дисбаланс мощности и минимальное нарушение перетоков мощности. Таким образом, результаты работы открывают новые возможности для улучшения мониторинга и защиты будущих устойчивых электроэнергетических систем, в том числе с учетом интеграции возобновляемых источников энергии, тепловых и газовых сетей.
Цель исследований – разработка цифровых моделей систем тягового электроснабжения с нелинейной стационарной нагрузкой для определения несимметричных и несинусоидальных режимов. При их формировании применялись методы, основанные на использовании фазных координат и реализованные в программном комплексе Fazonord (версия 5.3.4.1–2024). В состав моделей входили следующие элементы: линии электропередачи 220 кВ, трансформаторы мощностью 40 МВ·А, тяговые сети 25 кВ двухпутных участков, преобразовательный агрегат, питающий систему электроснабжения промышленного транспорта. На основе разработанных моделей определены несимметричные и несинусоидальные режимы при движении поездов по рассматриваемому участку магистральной железной дороги. Показано, что за счет нелинейной стационарной нагрузки, создаваемой шестипульсным преобразователем, коэффициенты гармоник на вводах 10 и 220 кВ тяговой подстанции, питающей выпрямитель, увеличиваются и на шинах 10 кВ превышают 25%. Это следует учитывать при выборе средств снижения гармонических искажений. Показано, что для уменьшения уровней гармоник можно использовать следующие средства: пассивные фильтры, активные кондиционеры, электроподвижной состав нового поколения с четырехквадрантными преобразователями. Установлено, что максимумы коэффициентов несимметрии на шинах 10 кВ тяговых подстанций лежат в диапазоне 4,8…9%. Ввод этих показателей в допустимую область возможно осуществить путем применения пофазно управляемых источников реактивной мощности или симметрирующих трансформаторов. Таким образом, представленные модели дают возможность адекватно определять все параметры режима системы электроснабжения железной дороги переменного тока при наличии стационарных нагрузок с нелинейными вольтамперными характеристиками. Разработанная методика является универсальной и может использоваться для расчета режимов питающих и тяговых сетей различной структуры и конструктивного исполнения.
Цель – определить и проанализировать ключевые особенности агрегации микросетей в энергетические сообщества в зависимости от преобладания промышленных и бытовых нагрузок. В работе были использованы методы литературного обзора и мета-анализа в области планирования, моделирования и управления микроэнергетических систем и их сообществ. Также применялся методологический подход, сочетающий методы многокритериального принятия решений и искусственного интеллекта. Эффективность предлагаемого подхода продемонстрирована на примере образования двух типов энергетических сообществ, построенных применительно к реальным удаленным поселениям на побережье Японского моря, которые сочетают типично «жилые» нагрузки с промышленными. Получены результаты тестирования модели «Автономный диспетчер», построенной на основе аппарата двухуровневой оптимизации и алгоритма обучения с подкреплением Монте-Карло по поиску в дереве для оптимального экономического управления режимами работы потенциального энергетического сообщества. На нижнем уровне данной модели решается задача нахождения рыночного равновесия посредством минимизации функции общих эксплуатационных затрат. На верхнем – выбирается стратегия управления, дающая наилучшее распределение прибылей между членами сообщества. Исследовались два сценария объединения и работы микросетей поселков в энергетическом сообществе: промышленного и общественного типа. Проведенные исследования показали, что работа поселков в составе энергетических сообществ любого типа более выгодна (с экономической и экологической точек зрения), чем в индивидуальном режиме. Установлено, что при объединении поселков в энергетическое сообщество промышленного типа происходит более существенное снижение стоимости электроэнергии по показателю LCOE от нормированного значения, чем в аналогичном сообществе общественного типа (с 22 руб/кВт∙ч до 6 руб/ кВт∙ч – против 22 руб/кВт∙ч до 9 руб/кВт∙ч). Анализ приведенных характеристик разных типов энергетических сообществ может помочь также и проектировщикам определить возможности, особ
Цель – разработка и испытания прототипа интеллектуальной автоматики контроля успешности пусков асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на физической модели локальной системы энергоснабжения. В прототипе реализован поэтапный прогностический контроль процесса, на каждом из которых на основе моделей критических параметров двигателя и питающей сети проверяются частичные условия его успешности. Разработка базируется на использовании программного комплекса LabVIEW, методов параметрической идентификации, физического моделирования, фильтрации аналоговых и цифровых сигналов, теории автоматического регулирования, математического анализа и статистики. Экспериментально доказана возможность и эффективность предиктивного контроля успешности пуска асинхронного двигателя в локальных системах энергоснабжения по величине, скорости и характуру изменения режимных параметров статорных обмоток двигателя без непосредственного измерения частоты вращения его вала. Показано, что погрешность разработанных моделей для определения критических параметров режима, определяющих успешность пуска асинхронного двигателя, не превышает 4%. Установлено, что погрешность прогностической оценки продолжительности пуска асинхронного двигателя не превышает 14%. Показано, что в 91% экспериментов с пусками асинхронного двигателя на физической модели локальной системы энергоснабжения при вариации схемно-режимных условий прототип автоматики достоверно идентифицировал успешность/неуспешность пуска двигателя на разных этапах процесса. При выявлении неуспешности прототип обеспечивал прерывание пусков на ранних стадиях. В результате проведенных исследований случаев отсутствия выдачи автоматикой команды на прерывание процесса пуска в условиях его неуспешности не зафиксировано. Таким образом, применение интеллектуальной автоматики контроля успешности пусков асинхронных двигателей в локальных системах энергоснабжения позволит снизить вероятности повреждения двигателей и оборудования питающих сетей, сохранить ресурс их работоспособности и повысить надежность
Цель – установить кинетические закономерности расплавления тепловыделяющего цилиндрического элемента в заведомо надкритических условиях с помощью численного моделирования. Объектом исследования является процесс плавления в однородном образце, выделяющем теплоту за счет протекания реакции или электромагнитного нагрева. Теплофизические свойства образца принимаются постоянными в пределах твердой и жидкой фаз. Основным инструментом исследования является численная модель, построенная на основе нестационарной задачи Стефана в тепловыделяющем теле и включающая описание процессов теплопроводности и плавления. Фазовый переход описывается в энтальпийном представлении. Для выбора параметров численной модели (шагов сетки) проводится исследование точности разностной схемы. В результате проведенных исследований получены расчетные зависимости основных характеристик плавления (время расплавления и максимальная температура образца в момент расплавления) от управляющих параметров (интенсивность тепловыделения, величина теплового эффекта плавления, отношение коэффициентов теплопроводности фаз). С помощью некоторых приближений (усреднение температуры, квазистационарное распределение) получены формулы для оценки времени расплавления исследуемого образца. Расчеты показали, что изменение теплофизических свойств образца (коэффициентов теплопроводности, теплового эффекта) оказывает существенное влияние на скорость его плавления. Установлено, что зависимость времени расплавления от интенсивности тепловыделения и теплового эффекта фазового перехода качественно совпадает с приближенными моделями, но существенно отличается от них количественно, особенно в области малых отклонений от критической интенсивности тепловыделения. Проведенные расчеты могут быть использованы при оценке термомеханической устойчивости материалов с внутренним тепловыделением. Разработанная численная модель дает возможность исследовать процессы плавления в широком диапазоне условий, в том числе при изменении граничных условий.
Цель исследования – выполнить анализ моделей и механизмов выбора состава включенного генерирующего оборудования, которые используются в работе оптового рынка электроэнергии и мощности в России и других странах, а также рассмотреть методы и критерии учета ограничений по системной надежности в этих моделях. Объектом исследования выступают энергетические системы: оптовые рынки электроэнергии и мощности в России, Великобритании, странах Европейского союза, Австралии и Соединенных Штатах Америки. В основу исследований легли подход, сбор и проведение аналитического обзора различных источников научной информации. Рассмотрены основные положения функционирования оптового рынка электроэнергии и мощности в различных странах, основные механизмы регулирования процессов в рамках решения оптимизационной задачи выбора состава включенного генерирующего оборудования, изучена и проанализирована нормативно-правовая база, основы регулирования в области решения оптимизационных задач. Показано, что в рамках функционирования отечественной модели АО «Системный оператор Единой энергосистемы России» проводит выбор состава включенного генерирующего оборудования в рамках поданных ценовых заявок с учетом потребности рынка и баланса энергосистемы. Рассмотренная и проанализированная действующая система выбора состава включенного генерирующего оборудования, принятая в российской электроэнергетике, не позволяет в полной мере учитывать системную надежность, что способствует дальнейшему изучению данного вопроса. Проведенный сравнительный анализ принципов функционирования моделей и особенностей решения оптимизационных задач по выбору состава включенного генерирующего оборудования показал сильные и слабые стороны в подходах в различных странах как с точки зрения законодательства, так и с модельной стороны. По итогам проведенных аналитических исследований сформулированы основные положения по каждой модели, посредством которых решается оптимизационная задача выбора состава включенного генерирующего оборудования.