Методическое пособие 805

https://www.livejournal.com / – Режим доступа : https://akostra.livejournal.com/1390422.htm

3.Воронежский театр оперы и балета [Электронный ресурс] / Википедия Свободная энциклопедия – https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D0 %B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B D%D0%B8%D1%86%D0%B0

4.Гибнущие памятники Воронежа. Театр оперы и балета под снос?! [Электронный ресурс] / Picabu – https://pikabu.ru / – Режим доступа : https://pikabu.ru/story/gibnushchie_pamyatniki_voronezha_teatr_operyi_i_baleta_po d_snos_6497877/author

5.Воронежской опере добавят стекла и бетона [Электронный ресурс] /

Комменсарнтъ Черноземье Воронеж – https://www.kommersant.ru/?from=logo / – Режим доступа : https://www.kommersant.ru/doc/3168252

6.Здание Воронежского государственного театра кукол «Шут» [Элек-

тронный ресурс] / Komandirovka.ru – https://www.komandirovka.ru /

7.Здание Воронежского камерного театра [Электронный ресурс] / – Строительный эксперт – https://ardexpert.ru / – Режим доступа : https://ardexpert.ru/project/3845

425

УДК 519.7

Тестирование конечных автоматов псевдослучайными бинарными последовательностями

С.А. Пруткова1, Г.В. Петрухнова2 1Студент гр. бВМ-41, sof-prutkova@yandex.ru

2Канд. техн. наук, доцент, gvpetruhnova@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Рассматриваются вопросы тестирования конечных автоматов. Решалась задача оптимизации распределения вероятностей входных сигналов при случайном тестировании.

Ключевые слова: конечный автомат, случайное тестирование, цифровое устройство, программный модуль, тест, энтропия распределения вероятностей.

Под вероятностным тестированием будем понимать процесс исследования объекта, целью которого является проверка на соответствие фактических и ожидаемых (истинных) выходных сигналов, являющимися реакцией на входные псевдослучайные последовательности.

При вероятностном тестировании на входы объекта подаются случайные или псевдослучайные последовательности. После подачи входных наборов проверяются на наличие ошибок реакция объекта. Для тестирования часто используются псевдослучайные равномерно распределенные бинарные последовательности. Если на каждый вход объекта подаются с различными заранее определенными вероятностями единичные сигналы, то говорят о взвешенном псевдослучайном тестировании.

Объектами вероятностного тестирования, рассматриваемыми в этой статье, являются конечные автоматы. Под конечным автоматом будем понимать абстрактную модель, содержащую конечное число состояний, среди которых выделены начальное состояние, конечное множество внешних входных воздействий и множество выходных реакций. В рамках теории автоматов можно описать такие объекты, как цифровое устройство, программный модуль либо его фрагмент, алгоритм и ряд других объектов. Для тестирования конечного автомата взвешенными псевдослучайными наборами нужно найти близкие к оптимальным вероятности входных сигналов. Реализации процесса тестирования взвешенными случайными наборами и оптимизация длины случайного теста посвящены многие работы, например, [1] – [4].

В качестве объектов тестирования рассмотрим цифровые устройства и программные модули. Пусть имеется конечный автомат с L первичными входами и k контрольными точками, к которым есть доступ. Пусть первичные входы автомата являются независимыми и имеют различный вес. Таким образом,

ления единичного сигнала в реакции устройства на входной набор (в выходном наборе (yi1, yi2… yik)); – вероятность появления j-того выходного двоичного набора (yi1, yi2… yik). Цифровой автомат представим в виде черного ящика. Таким образом, рассматривается следующая задача оптимизации распределения вероятностей входных сигналов при псевдослучайном тестиро-

вестными величинами и их получение в явном виде в общем случае является сложной задачей. Теоретически минимум целевой функции достигается, если а , но цифровой автомат может и не допускать такое распределение вероятностей выходных сигналов.

Поэтому заменим их соответствующими частотами, вычисленными на некоторой случайной выборке достаточной длины.

Целевая функция является случайной, и ее явный вид неизвестен, так как выходные вероятности заменили частотами. Непосредственное вычисление значения функции и её производной невозможно. Для решения задачи используем метод покоординатного спуска [4]. Реализация метода потребует оценки вероятностей появления единичного логического сигнала и

. Для этого достаточно оценить вероятность появления единичного сигнала на каждом выходе объекта по ее относительной частоте с достоверностью 0.95 и погрешностью не более 0.03 [2]. Таких показателей позволяет достичь выборка из 1000 случайных наборов.

В экспериментальных исследованиях были рассмотрены цифровые устройства и программный модуль по подсчету суммы арифметической прогрессии, представленные в виде черного ящика. Для цифровых устройств рассматривались неисправности типа «короткое замыкание» и «константная», для программного модуля – ошибки вычислений. В табл. 1 приведены характеристики исследуемых конечных автоматов. Результаты решения рассмотренных задач приведены в табл. 2.

Представленный подход позволил сократить количество тестовых наборов для покрытия неисправностей типа «короткое замыкание» и типа «константная» в цифровых схемах. При тестировании программного модуля ошибки были обнаружены при подаче первого тестового набора. Поэтому целесообразно применять используемый энтропийный критерий для построения тестов для объектов, представимых в виде конечного автомата.

Литература

1.Agraval V. D. An information theoretic approach to digital fauit testing / V. D. Agraval // IEEE Trans. Comput. – 1981. C. 30. p. 582-587.

2.Сперанский Д. В., Черевко Н. В. Об оптимизации распределения вероятностей входных сигналов при случайном тестировании дискретных устройств / Д. В. Сперанский, Н. В. Черевко // Электронное моделирование. – 1992. № 2. С. 46-54.

3.Петрухнова Г. В. Синтез критериев качества тестов внутрисхемного контроля на основе принципа минимума симметрии / Г. В. Петрухнова // Труды МАИ. Отделение микроэлектроники и информатики. Вып. 2. – Москва, Зеленоград: НПК «Научный центр», 1997. C. 357-363.

4.Васильев Ф. П. Численные методы решения эксперементальных задач / Ф. П. Васильев. – Москва. Наука, 1980 518 с.

428

УДК 681.518.54

Технология получения водорода плазмохимическим методом для ЖРД

А.А. Стрыгина1, Г.И. Скоморохов2 1Студент гр. РД-32, rd-vgtu@mail.ru

2Д-р техн. наук, профессор, gisk46@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Рассмотрены основные методы и технологии промышленного получения водорода и обоснована окислительная конверсия метана плазмохимическим методом.

Ключевые слова: водородная энергетика, фильтр, мембрана, диффузия, водород.

Водород является одним из наиболее перспективных компонентов топливной пары для ракетных двигателей, двигателей, работающих на бензине, в установках для выработки электроэнергии, для химических предприятий, производящих синтетические топлива и др. Поиск, обоснование и исследования технологических процессов получения промышленного водорода, обеспечивающих высокие энергетические характеристики, экологическую чистоту отходов при эксплуатации и конкурентную себестоимость представляет собой важную научно-техническую задачу.

В ракетах-носителях для работы двигателей используются разные составляющие топливных пар. Критериями оценки ракетного топлива являются их энергоемкость, себестоимость производства и экологические характеристики. Отходами использования в жидкостных ракетных двигателях топливной пары «кислород-водород» является экологически нейтральная обыкновенная вода. Водородная энергетика расценивается в будущем, как наиболее эффективное направление.

В природе водород находится в виде различных объединений. Для его выделения из водородосодержащего сырья, получения топлива и последующего использования для жидкостных ракетных двигателей применяются всевозможные физико-химические методы. Проведем краткий анализ промышленных методов выделения водорода, изложенных в справочной литературе [1,2]. Возможные способы получения водорода представлены на рисунке.

1.Тепловое разложение водородосодержащего сырья (газы, сжиженные нефтяные фракции и др.) с подводом воды. Параметры процесса: температура на выходе - 760-9000 С; давление - 4,0 МПа ( 40 атм). При осуществлении данного процесса извлечение водорода достигает более 90 % .

2.Автотермическая газификации. Процесс, в котором тепло для осуществления процесса, получают за счет сжигания в присутствии кислорода части водородосодержащего сырья. Параметры процесса: температура - 900-

429

12000 С; давление до 6,0 МПа ( 60 атм).

3. Высокотемпературная кислородная конверсия различных типов углеводородного сырья. Процесс основан на окислении углеводородов с образованием СО и Н2. Существует несколько разновидностей процесса. Конверсия может проводиться с использованием кислорода, воздуха, с повышенным содержанием кислорода, и др. Параметры процесса: температура - 1300-15000 С; давление 8-9 МПа (85 атм).

Возможные способы получения водорода

4.Перевод твердого топлива в газообразную фракцию путем его контакта

снагретыми воздушно-кислородными смесями. Параметры процесса: температура - 1300-20000 С; давление в зависимости от состава до 4-5 МПа ( 45 атм).

5.Термоконтактные методы разложения углеводородов на компоненты. Сущность процесса заключается в том, что при температуре порядка 13000 С на инертной насадке или при 900-9500С на катализаторах протекает термическое разложение углеводородного сырья до углеро-да и водорода. Метод достаточно экономичен, однако является периодичным и широкого распространения не получил.

6.Электролиз воды. Процесс может быть реализован с помощью относительно простой технологической схемы, путем проведения реакции разложения

водных растворов солей с помощь электрического тока, например:

2 NaCl + 2 H2O → H2↑ + 2 NaOH + Cl2.

В АО «КБХА» создана экспериментальная станция выделения технического газообразного водорода производительностью 40 м3/ч. В процессе эксплуатации была выявлена высокая энергоемкость процесса и себестоимость выходного продукта.

Перспективной разновидность данного процесса является применение твердых электродов на основе мембран, в которых электропроводность обеспечивается ионами водорода или кислорода (ионообмен). Такой процесс имеет ряд неоспоримых экономических преимуществ по сравнению с традиционным.

7. Окислительная конверсия метана плазмохимическим методом [3]. Процесс получения газообразного водорода осуществляется в плазмохимическом реакторе для разложения метана в водородной плазменной дуге и одно-

430

временным парциальным окислением продуктов реакции водяным паром. Конечным продуктом реакций является синтез-газ состоящий из Н2, С2Н2, СН4, СО, СО2, который затем может компримироваться для дальнейшего выделения газообразного водорода на металлических мембранах. При этом себестоимость получения газообразного водорода сокращается в 5-6 раз по отношению к другим методам.

8. Процесс извлечение из продуктов нефтепереработки и нефтехимии. В результате каталитического реформинга выделяется конечный продукт в массовом объеме 0,7-2,3 мас. % от исходного.

Заключение. На выбор промышленного метода выделения водорода существенное влияние оказывает наличия источников природного сырья и экономичности процессов. К настоящему моменту в АО «КБХА» завершаются работы по проектированию и изготовлению установки для производства синтезгаза плазмохимическим методом, т.е. паровой конверсией водорода. Установка включает в себя двухструйный плазмотрон, камеру смешения метана и пара с потоком водорода и реактор [4]. В ходе опытной отработки был обеспечен выход 200 - 220 Нм3/ч синтез-газа, содержащего 60-65% водорода. Параметры процесса составляют 1600-18000 С при избыточном давлении около 0,01-0,02 МПа (1-2 атм). Достоинством процесса является отсутствие катализаторов и снижение сажеобразования. Вопросы дальнейшего исследования включают технические задачи и проблемы по оптимизации параметров рабочих и эксплуатационных процессов и характеристик плазматронов.

Литература

1.Получение водорода и водородосодержащих газов / А.В.Степанов - Киев: Наук. думка, 1982.-312с.

2.Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы: Учебное

3.Ильичев В.А. Математическое описание окислительной конверсии метана при разработке промышленного производства водорода плазмохимическим методом // В.А.Ильичев, Н.Н.Седов. // Научно-технический юбилейный сборник 1958-2008г.г. Воронеж, 2008.-374с. С.207-208.

4.Энергетическая установка для выделения водорода из смеси газов / Г.И. Скоморохов, В.А. Бакаев, Ю.Н. Безгин // Насосы. Турбины. Системы. No1/ 2012. С. 8-15

431

УДК 621.431

Технология сборки соплового узла газотурбинной установки

В.А. Самофал

Магистрант гр. пТМ-41, samofal.va@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В статье рассматривается эксплуатационное назначение и технология сборки соплового узла камеры сгорания газотурбинной установки.

Ключевые слова: газотурбинная установка, устройство соплового типа, требования, камера сгорания, современные технологии.

В настоящее время в газоперекачивающем производстве широко используются газовые турбины в качестве энергоустановок различного назначения, например ГТ-6-750. В процессе развития газотурбинных двигателей (ГТД), камеры сгорания перетерпели изменения т. к. существенно повышались требования к ним, а также менялись условия их эксплуатации.

Назначение и эксплуатационные требования к установкам.

Газотурбинная установка типа ГТ-750-6 предназначена для привода центробежного нагнетателя природного газа. Одна из её наиболее важных частей камера сгорания. Этот узел предназначен для подвода тепла к рабочему телу сжатого воздуха за счет сгорания в воздухе определенного количества топлива. Эта часть ГТУ непосредственно контактирует с горячими газами, поэтому к данному узлу предъявляют особые требования, а именно необходимо [1]:

-обеспечить заданное распределение температуры по окружности и по высоте лопаток турбины;

-обеспечить высокую полноту сгорания топлива;

-надежно осуществить воспламенение при влиянии различных внешних

ивнутренних факторов;

-иметь минимальное гидравлическое сопротивление;

-не приводить к срыву пламени при переходе с режима на режим;

-не создавать пульсационного горения.

Трудность обеспечения перечисленных требований в комплексе объясняется тем, что технические решения, позволяющие выполнить одно из требований, могут привести к несоответствию других.

Особенности конструкции и сборки форсунок.

Рассмотрим устройство соплового типа (форсунка) которое входит в блок форсунок часть камеры сгорания ГТУ (рис. 1, 2, 3) [2,3].

В блок форсунок входит девять устройств соплового типа, которые в свою очередь состоят всего из двух частей – это сопло и насадок, непосредственно сваренные между собой. В процессе эксплуатации каждое из девяти устройств соплового типа испытывает наиболее значительные динамические и температурные нагрузки.

432

Рис. 1. Устройство соплового типа

Рис. 2. Блок форсунок ГТУ ГТ-6-750

Рис. 3. Блок форсунок ГТУ ГТ-6-750

Поэтому контактные условия сопряжения в месте соединения сопла и насадка - являются весьма важными: от качества исполнения стыковых поверхностей соединения непосредственно зависит надежность всего изделия в целом. В свою очередь, точность расположения деталей относительного друг друга определяется точностью изготовления входящих деталей. Поэтому можно выделить следующие наиболее важные геометрические технические требования, касающиеся устройства соплового типа ГТУ ГТ-6-750:

-при сборке допуск соосности в пределах 0,02 мкм, а значение допуска торцевого биения в пределах 0,03 мкм;

-при изготовлении сопла круговое поле допуска наружной части в пределах 0,3 мкм относительно внутренней части сопла;

-при изготовлении насадка круговое поле допуска в пределах 0,05 мкм относительно наружной части;

-обеспечить выдвижение выходных торцов сопел в полость камеры сгорания относительно внутренне поверхности огневого днища на величину не бо-

433

лее 9 мм. Герметизировать жидким стеклом крышку и блок форсунок. Попадание излишек жидкого стекла во внутреннюю полость горелочного устройства не допускается. Обеспечение заданных требований, изготовление изделий заданной точности и качества, всё это в главной мере влияет на контактные явления, соответствующие каждой паре соприкасающихся поверхностей, всё это обуславливает стабильность выходных характеристик изделия. [3]ГТУ ГТ-6- 750 ответственное изделие, поэтому детали камеры сгорания должны быть надёжно соединены друг с другом; все детали должны быть выполнены в соответствии с предъявляемыми к ним требованиям для исключения проскока фронта пламени через горелочное устройство, для исключения сажи на горелочном устройстве, повышения эксплуатационного ресурса проточной части сгорания и соплового аппарата турбины.

На основе комплексного анализа, конструктивно-технологических характеристик отдельно взятого узла – устройства соплового типа из общей сборки ГТУ ГТ-6-750 видно, что для обеспечения необходимой герметизации устройства, выходных характеристик изделия, обеспечения достаточного КПД - нужно модернизировать и постоянно улучшать способы изготовления отдельных деталей, и процессы механической сборки узлов, так как изменение качественных показателей ГТД во времени зависит от конструкторского и от технологического совершенствования процессов производства деталей и сборочных единиц.[2]

Заключение. Удельный расход топлива зависит от конструкции ГТД и (в большей степени) от качества исполнения деталей и сборочных единиц. Увеличение радиального зазора на 1% приводит к уменьшению КПД компрессора до 3 %, что вызывает увеличение расхода топлива до 10%. [5] Поэтому в следующей статье я планирую произвести расчет расхода компонента при эксплуатации данного устройства соплового типа газотурбинной установки ГТ-6-750.

Литература

1.Демин Ф.И. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей/ Ф.И. Демин, Н.Д. Проничев, В.Б. Соколов. – Самара: Изд-во СГАУ, 201 - 324 с.

2.Иванов Ю.В. Основы расчета и проектирования газовых горелок. – Москва, 1963 – 360 c.

3.Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД. М.: Мир, 1986 - 566 с.

4.Михайлов А.И. Рабочий процесс и расчет камеры сгорания газотурбинных двигателей / А.И. Михайлов, Г.М. Горбунов и др. М.: Оборонгиз, 1959 - 286 с.

5.Орехов Е.А. К вопросу оптимизации процесса горения в камере сгорания газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата/ Е.А.Орехов, А.И. Сухов // Вестник Воронежского государственного технического университета, Воронеж: ВГТУ, 2010. №8, том 6. – С. 5 .

434