Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

Различные подклассы этой модели используются в успешно работающих системах оптимизации структуры программ для ЭВМ (оптимизирующих трансляторах). В этой связи актуальной следует считать задачу использования крупноблочной модели систем в диалоговых режимах улучшения структуры ЭС [3,4]. В рамках этой модели можно выделять и анализировать направления передачи электроэнергии, значения передаваемых мощности и напряжений, а также изучать их взаимодействие, должна описывать следующие преобразования структуры.

В диалоговом режиме крупноблочная модель позволит обосновать функциональную эквивалентность следующих преобразований структуры:

–оптимальное размещение подстанций, узлов разветвления, приемников электроэнергии и др.;

–оптимальная трассировка линий электропередач;

–выбор вида линий электропередач;

–выбор схемы автоматики и управления системой электроснабжения;

–определение вида электрооборудования;

выбор вида аппаратуры систем релейной защиты и автоматики и микропроцессорных систем их реализации.

Литература

1.Воропай Н. И., Свеженцева О.В. Оптимизация размещения источников питания при формировании рациональной конфигурации систем электроснабжения // Электричество, 2012, №10.

2.Свеженцева О.В. Методы и алгоритмы обоснования рациональной конфигурации систем электроснабжения: Диссертация кандидата технических наук. – Иркутск, ИГТУ, 2012 . – 163 с.

3.Кицис С. И., Ревякин С.В. Компьютерная модель систем электроснабжения в задачах преобразования структуры // Известия ВУЗов. Нефть и газ. – 2008 – № 2. – С. 89–94.

4.Ревякин С.В. Топологическая модель систем электроснабжения севера тюменской области // Материалы региональной научнопрактической конференции «Энергосбережение и инновационные технологии в топливо-энергетическом комплексе» - Тюмень: ТюмГНГУ, 2012, С. 75-78.

5.Миркин, Б.Г. Проблема группового выбора / Б.Г. Миркин.- М.: Наука,

1974.

6.Системный анализ и принятие решений / Под ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. - М.: Высш.шк., 2004 -616 с: ил.

7.Кини, Р. Размещение энергетических объектов: выбор решений. Пер. с англ. / Р. Кини. - М.:Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.: ил.

8.Дьяконов, К.Н. Экологическое проектирование и экспертиза / К.Н. Дьяконов, А.В. Дончева. - М.: Аспект Пресс, 2005. - 384 с.

9.Родионов, А.И. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы

51

проектирования технологических процессов / А.Н. Родионов, Ю.П. Кузнецов, Г.С. Соловьев. - М.: Химия, КолосС, 2005. - 392 с: ил.

АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ОТКОЛА И РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Кладько А. А., Ларионов Д. В., Аргунов Г. А.

г. Томск, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

e-mail: andkladd@mail.ru

Наиболее распространенными способами разрушения и откола негабаритов горных пород и бетонных изделий являются механический и взрывной методы. Не так давно для этих целей большей частью в рамках исследовательских программ начал использоваться электрогидравлический метод, и электроразрядный метод, возникший на его основе. Проведем краткий анализ указанных методов.

Механический способ достаточно безопасен для персонала и окружающей среды. Однако стоит отметить, что в случае разрушения прочных горных пород, механический метод не всегда эффективен в связи с высокой степенью износа рабочих поверхностей инструмента.

Взрывной способ является самым применяемым в промышленных условиях, что обусловлено его простотой и высокой производительностью. Он позволяет разрушать объекты практически любой прочности и габаритов. В рамках исследуемой проблемы, максимальный эффект будет достигнут при использовании шпуровых зарядов, применение которых дает возможность существенно снизить расход взрывчатых веществ и увеличить коэффициент полезного действия по сравнению с использованием накладных зарядов [1,2] .

К недостаткам данного метода стоит отнести экологическую опасность, образование при взрыве осколков, при разлѐте способных повреждать окружающие объекты и как следствие требование обеспечения охранной зоны при производстве взрывных работ. Также данный метод требует точного выполнения порядка взрывных работ, строго регламентированного государственными контролирующими органами. В условиях плотной городской застройки применение взрывного способа разрушения ограничено, а в большинстве случаев запрещено.

Начиная с 90-х годов двадцатого века, идет интенсивное развитие новых методов разрушения горных пород и бетона, базирующихся на явлении электрогидравлического эффекта. Основоположником данного направления следует считать видного советского ученого Льва Александровича Юткина. В ряде источников электрогидравлический эффект изве-

52

стен также как «эффект Юткина».

Сущность этого способа состоит в том, что при реализации внутри объѐма жидкости, специально сформированного импульсного электрического разряда, вокруг зоны его образования возникают сверхвысокие гидравлические давления, способные совершать полезную механическую ра-

боту [3,4,5].

На практике, в пробуренный шпур глубиной 0,3-0,4 метра заливается вода либо гелеобразная паста, вводится электродная система, на которую подается энергия, запасенная в батарее конденсаторов, что приводит к зарождению и развитию системы радиальных трещин и, в конечном счѐте, разрушению материала.

В случае электроразрядного метода, используется волновая динамика, т.е. работу совершает ударная (звуковая) волна, распространяющаяся в материале и отражающаяся от свободных поверхностей. Поэтому откол получается намного хуже, чем разрушение негабаритов. Схема электроразрядного разрушения показана на рисунке 1. Сопротивление rz и индуктивность L складываются из индуктивности и сопротивления конденсаторной батареи С, искрового промежутка в газоразрядном коммутаторе S, ошиновки и подводящего кабеля 1. Картридж 2, используется в качестве передающей среды, представляет собой сплошной цилиндр из пластичного материала с высокой акустической жѐсткостью, например, полиэтилена, в центральной оси которого помещен взрываемый медный проводник.

Для моделирования разрушения и откола на свободную поверхность, сотрудниками кафедры Техники и электрофизики высоких напряжений Национального исследовательского Томского политехнического университета был сконструирован генератор импульсных токов со следующими па-

раметрами: U=20 кВ; С=168 мкФ; W=33,6 кДж; L=1,21 мкГн; rz=0,01 Ом.

Инициирование разряда проводилось с помощью взрывающегося медного проводника диаметром 0,37 мм, помещенного в полиэтиленовый картридж

[6].

По результатам экспериментальных исследований на данной установке было доказана возможность разрушения твердых крупногабаритных блоков естественного и искусственного происхождения размером до 100*60*60 см с использованием полиэтиленового картриджа в качестве передающей ударно-волновые возмущения среды при запасенной энергии

~30 кДж [6].

Рис. 1. Схема электроразрядного разрушения твердых материалов:

1- коаксиальный подводящий кабель; 2- картридж (медный проводник в полиэтелене); 3-

53

ударно волновые возмущения в материале, генерируемые расширением канала; 4- разрушаемый материал.

Входе экспериментов, проведенных на данной установке, было установлено, что используемая электродная система не является надежной

иразрушается после нескольких разрядок. Еѐ усовершенствование, в частности поиск оптимальной формы и материала изолятора является задачей, требующей дальнейшего разрешения. Разработка многоразовой электродной системы позволит минимизировать эксплуатационные затраты и сделать процесс разрушения (откола) более эффективным.

Данная установка обеспечивает безразлетное разрушение объектов. Данный способ является безопасным с экологической точки зрения.

Впоследнее время, в связи с ужесточением экологических требований предъявляемых к производственным процессам, разработка экологически чистых технологий приобрела особую актуальность. Во многих случаях им отдается предпочтение, даже если они проигрывают традиционным технологиям в эффективности, в особенности, если их применение снижает риск для обслуживающего персонала.

Отсутствие разрушительных акустических и сейсмических ударных волн позволяет применять установку для электроразрядного разрушения негабаритов горных пород и элементов строительных конструкций в непосредственной близости от жилых и производственных помещений.

Установки могут быть смонтированы на шасси грузовых автомобилей или прицепах - ЭГВ-установки типа «Импульс-2», «Импульс-5», «Ба- зальт-1», «УЭМ-200» [1]. Однако мобильность установки напрямую связана с еѐ функциональными возможностями (величиной запасаемой энергии в батарее конденсаторов).

Экономическая эффективность способа позволяет ему успешно конкурировать с взрывным и механическим способами. Проведенные расчеты показывают, что сроки окупаемости установки для электроразрядного разрушения меньше чем для оборудования реализующего механическое разрушение, обладающего подобной производительностью. Затраты же на осуществление взрывных работ в свою очередь превышают стоимость электроразрядного разрушения в два-три раза.

Вывод: установки для электроразрядного разрушения являются экологически чистыми, высокотехнологичными и экономически эффективными устройствами для разрушения горных пород и бетонных конструкций. Установка, разработанная сотрудниками кафедры ТЭВН НИ ТПУ, обладая вышеуказанными достоинствами, имеет и существенные недостатки, такие как недостаточная мобильность и малая прочность существующей электродной системы. Еѐ дальнейшая модернизация позволит частично решить данные проблемы и сделать установку более конкурентоспособной.

54

Литература

1.Нееветойков Г. А., Черняк В. П. и др. Разрушение скальных пород электровзрывным способом// Автодорожник Украины: Научнотехнический сборник, 1972.№4. С. 33-34.

2.Кутузов Б. Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. М.: недра, 1973. С. 311.

3.Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект. М.; Л.: Машгиз, 1955. 52 с.

4.А. с. 105011 (СССР). Способ получения высоких и сверхвысоких давлений/Л. А. Юткин, Л. И. Гольцова.- Заявл. 15.04.50, № 416898 Опубл. В Б. И., 1957, № 1.

5.Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. – 253 с.

6.Иванов Н. А., Пивоваров М. И., Войтенко Н. В., Юдин А. С. Шпуровое разрушение горных пород и бетона // Известия ТПУ. 2012. №2. С.136-140.

СИСТЕМА УЧЁТА КАК ОСНОВА РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ. ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ КАЧЕСТВО СИСТЕМЫ УЧЁТА. ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ УЧЁТА.

Климов К.В.

г. Тобольск ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» филиал «Тобольский индустриальный институт»

e mail: tobolyk2@mail.ru

Рациональное использование энергии – это использование электроэнергии для достижения каких-либо целей с наименьшими затратами.

В промышленности основным электроприѐмником являются электродвигатели. Поэтому для промышленности рациональное использование электроэнергии – это максимально выгодное еѐ использование в электродвигателях для получения определенной продукции. Но в системе электроснабжения производства в обязательном порядке имеются передающие и преобразующие элементы. Следовательно, рациональное потребление сводится к снижению потерь в электрических сетях, трансформаторах и электродвигателях. Другим важным потребителем электроэнергии является электроосветительные приборы наружного и внутреннего освещения производственных помещений и промышленных площадок.

Потери – это расход электроэнергии на непроизводственные процес-

55

сы, например рассеяние в обмотках трансформатора; нагрев трансформаторов и двигателей; расход на холостом ходу двигателя, когда он работает не выдавая никакой продукции.

Согласно [1] цель учѐта электроэнергии – получение достоверной

различными приѐмниками или группой приѐмников, через построение графиков электрических нагрузок, которые строятся на основании данных переданных с приборов учѐта электроэнергии – электросчѐтчиков. Система учѐта обеспечивает определение количества электроэнергии:

-произведѐнной на генерирующих электростанциях;

-потреблѐнной на собственные нужды подстанций;

-потреблѐнной промышленными предприятиями;

-переданной потребителям.

Коммерческий учѐт электроэнергии – учѐт электроэнергии для денежного расчѐта за нее. Технический учѐт электроэнергии – учѐт для контроля расхода электроэнергии внутри подстанций, предприятий и анализа потерь в электрических сетях. Технический учѐт позволяет выявить потери, а, следовательно снизить их и снизить энергоемкость продукции, таким образом снижая затраты на электроэнергию и позволяет повысить производительность и увеличить прибыль.

Для автоматизации учѐта применяют автоматизированные системы контроля и учѐта электрической энергии (АСКУЭ), которые собирают и передают информацию с приборов учѐта, далее информация автоматически обрабатывается. АСКУЭ состоит из: приборов учѐта -счетчиков электроэнергии, устройства сбора и передачи информации, каналов связи и средства обработки информации.

На рисунке 1 представлена структурная схема АСКУЭ.

Рис. 1. Структура АСКУЭ

56

Для определения качества системы учѐта, проводят расчѐт небалан-

сов.

В баланс должны включаться следующие сведения:

-поступление электроэнергии (Wп);

-отпуск электроэнергии (Wо);

-расход электроэнергии на собственные (Wсн) и хозяйственные нужды (Wхн) подстанции и производственные нужды (Wпн);

-потери электроэнергии в силовых трансформаторах подстанции ( D

Wтр).

Все составляющие баланса, кроме потерь электроэнергии в силовых трансформаторах, должны быть измерены счѐтчиками.

комплекса, состоящего из трансформатора напряжения (ТН), трансформатора тока (ТТ) и счѐтчика.

dni, doi- доля электроэнергии, поступившей (отпущенной) через i-й измерительный комплекс.

k - число измерительных комплексов, учитывающих электроэнер-

гию, поступившую или отпущенную на шины (с шин);

m - число измерительных комплексов, учитывающих отпущенную

(поступившую) электроэнергию (в том числе на собственные и хозяйственные нужды).

При этом должно быть НБф НБд (3)

Таким образом, к показателям характеризующим качество системы учѐта относят:

-погрешности приборов учѐта -погрешности ТТ и ТН.

Пути увеличения качества системы учѐта 1) Устанавливать приборы учѐта следующих классов точности:

системные подстанции -0,5, прочие потребители-2.

Измерительные ТТ и ТН применяют для уменьшения первичных токов и напряжений до значений удобных для работы измерительных приборов или питания релейной защиты и автоматики. Также измерительные трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживания измерительных приборов, релейной защиты и автоматики.

Согласно [2] номинальный коэффициент трансформации для ТТ – отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току:

57

Угловая погрешность в угловых минутах определяется выражением:

где Io - ток намагничивания; w1 - первичная обмотка; I1 - первичный ток;

α - угол между вторичной ЭДС и током; υ - угол потерь в сердечнике.

На рисунке 2 приведена векторная диаграмма ТТ, на которой изображены величины необходимые для определения угловой погрешности.

2) Для уменьшения угловой погрешности ТТ применяют короткозамкнутый виток. Его введение вызывает увеличение реактивного магнитного сопротивления, что ведет к возрастанию угла потерь, при этом угловая погрешность падает, а погрешность по току возрастает.

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора тока.

3)Широкое применение получил метод шунта (метод МЭИ) это метод заключается в повышении магнитной проницаемости путем подмагничивания магнитопровода полями рассеяния.

4)Создание высококачественных магнитных материалов, например стали марки Э310 с высокой проницаемостью и малыми потерями позволяет построить ТТ с малой погрешностью.

5)Компенсацию погрешности по напряжению производят уменьшением витков первичной обмотки, в результате коэффициент трансформации уменьшается, а вторичное напряжение увеличивается, что приводит к появлению положительной погрешности, которая и компенсирует отрицательную погрешность.

Таким образом, современное производство имеет большое число электроприѐмников и автоматизированная система учѐта позволит определить расход электроэнергии по электроприѐмникам. Рациональный расход электроэнергии приводит к снижению энергоемкости продукции а, следовательно, увеличению прибыли. Но недостоверность информации, получа-

58

емая с помощью системы учѐта, приводит к повышению энергоемкости ввиду неправильного определения потерь, а значит и мероприятий по их снижению. Качество системы учѐта зависит от погрешностей измерительных трансформаторов и счѐтчиков, поэтому их следует уменьшить.

Литература

1.РД 34.09.101. Типовая инструкция по учѐту электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении. - Министерство энергетики

РФ - 1999 г.

2. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. М.: Энергоатомиздат, 1988.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, КАК СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ.

Курнаева С.В., Первухин М.В., Заграбчук С.Ф., Тимофеев В.Н.

г. Красноярск, ФГАО ВПО «Сибирский федеральный университет» e-mail: sveta.kyrn-mitr@mail.ru

При создании новых технологических устройств необходимо пройти несколько стадий, от эскиза до рабочего проекта. На каждой стадии нужно найти такой инструмент, который помогает исследователю претворить свои мысли в образ будущего устройства, провести качественный и количественный анализы физических явлений в этих устройствах. Оценить параметры этих устройств и режимы их работы.

Вцветной металлургии Красноярского края широкое применение получили различные магнитодинамические (МГД) технологии и устройства. Так в плавильно - литейном производстве алюминиевых сплавов широко используются МГД – перемешиватели, МГД – насосы, МГД – вращатели, МГД – кристаллизаторы и д.р.

Втаких устройствах одновременно протекают электромагнитные, гидродинамические и тепловые процессы, которые необходимо учитывать при проектировании МГД устройств [1].

59

Рис. 1 ‒ Индукционная МГД-машина: а) эскиз; б) расчетная модель

Например, для построения эскизного проекта насоса (Рисунок 1а) в 3D-изображении можно воспользоваться следующими программными продуктами: AutoCAD, КОМПАС-График, Corel DESIGNER Technical Suite, SolidWorks. Наиболее удобными для поэтапного изучения и анализа устройства создавать эскизный проект в CAD программах, так как это позволяет перенести созданную версию в программную систему ANSYS (CAE-систему мирового уровня), позволяющую провести анализ физических явлений. Что исключает повторение выполненной, ранее конструктором работы. Кроме того, возможности анализа и оптимизации системы ANSYS легко переносятся на CAD-модели для пересылки геометрии. [2]

Следующим шагом для изучения МГД – устройства и использование программного продукта ANSYS/CFX необходимо построить сеточную модель.

На рисунке 1б представлена расчетная область, разбитая на неравномерные конечные элементы. Точность решения задачи зависит от количества элементов сетки.

(а) индукции магнитного поля; (b) напряженности магнитного поля

60