ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ
Not a member yet
1437 research outputs found
Sort by
Анализ эффективности технологий извлечения диоксида углерода из продуктов сгорания
Get PDFThe main purpose of the article is to compare and analyze existing technologies for extracting carbon dioxide from combustion products in relation to mini-CHP plants operating on local fuels. The article presents a brief overview of the main technical features of the implementation of carbon dioxide extraction technologies from gas mixtures. The specific features and limitations for each of the methods are shown. Mathematical modeling of technological processes of adsorption, physical and chemical absorption is carried out on the basis of Aspen Hysys and Aspen Adsorption software packages. When modeling absorption processes, the composition of combustion products characteristic of the actual operating conditions of an energy source on wood chips was considered, while for the adsorption process, the composition of combustion products was simulated by a binary mixture of carbon dioxide and nitrogen with a molar content of 11 and 89 %, respectively. The results of numerical research that were obtained have shown that the highest degree of carbon dioxide extraction from combustion products is 97 %, and it is achieved in the optimal mode of implementation of chemical absorption technology. With the same method, the highest degree of purity of the resulting carbon dioxide is observed, viz. 86 % taking into account water vapor and 99 % if it is dry. The least effective technology for extracting carbon dioxide was the method of physical absorption in a fixed bed, in which the degree of purity of the resulting dry carbon dioxide was 79 %. Therefore, for practical use in the deep utilization of combustion products of mini-CHP plants operating on local fuels, to obtain carbon dioxide with a low content of impurities, it is necessary to apply the method of chemical absorption. The use of physical absorption technology in a fixed bed can be used to reduce energy source emissions or in cases where the degree of purity of carbon dioxide does not matter.Основная цель статьи – сравнение и анализ существующих технологий извлечения диоксида углерода из продуктов сгорания мини-ТЭЦ, работающих на местных видах топлива. Представлен краткий обзор основных технических особенностей реализации технологий извлечения углекислоты из газовых смесей. Показаны особенности и ограничения применения каждого из методов. На базе программных пакетов Aspen Hysys и Aspen Adsorption выполнено математическое моделирование технологических процессов адсорбции, физической и химической абсорбции. При моделировании абсорбционных процессов рассматривался состав продуктов сгорания, характерный для реальных условий работы энергоисточника на древесной щепе, а при моделировании адсорбционного процесса состав продуктов сгорания имитировался бинарной смесью из диоксида углерода и азота с мольным содержанием 11 и 89 % соответственно. Полученные результаты численного исследования показали, что наибольшая степень извлечения диоксида углерода из продуктов сгорания составляет 97 % и достигается в оптимальном режиме реализации технологии химической абсорбции. При этом же методе наблюдается наибольшая степень чистоты полученного диоксида углерода: 86 % с учетом паров воды и 99 % сухого. Наименее эффективной технологией извлечения углекислоты оказался метод физической абсорбции, при котором степень чистоты полученного сухого диоксида углерода составила 79 %. Следовательно, для получения диоксида углерода с незначительным содержанием примесей необходимо применять метод химической абсорбции. Технология физической абсорбции в неподвижном слое может использоваться для снижения выбросов энергоисточника или в случаях, когда степень чистоты углекислоты не имеет значения
Повышение энергетической эффективности использования нефтяных струйных насосов
Get PDFThe substantiation of the choice of design parameters characterizing the mutual orientation of the mixed flows and the ratio of the geometric dimensions of the elements of the flow path of the jet pump that provide an increase in the energy characteristics of borehole ejection systems is given. Depending on the mutual orientation of the mixed flows, three variants of the design of the jet pump are possible, viz. the one with a parallel orientation of the working and ejected flows, the one with the inlet of the ejected flow at a sharp angle, and the one with a perpendicular orientation of the working and ejected flows. The magnitude of the angle between the velocity vectors of the mixed flows directly affects the intensity of vortex formation in the mixing chamber, the amount of energy loss and the efficiency of the jet pump; however, the simplicity of their manufacture remains the determining condition for choosing the design variant of the elements of ejection systems. Based on the use of the laws of conservation of energy, the amount of motion and continuity of the flow, it is determined that the level of energy loss during mixing flows is directly proportional to the magnitude of the angle of entry of the ejected medium. In the course of computer simulation of the jet pump workflow, an asymmetric distribution of hydrodynamic parameters for the non-parallel orientation of the mixed flows has been obtained. In order to reduce energy losses when mixing flows, the value of the angle of entry of the ejected flow must be taken in the range from 0 to 15°. In the case of the implementation of the zero head mode and the maximum ejection coefficient, minimal energy losses during mixing of flows are provided for the main geometric parameter of the jet pump equal to 2.375. In the course of experimental studies, the inverse dependence of the maximum value of the efficiency of a borehole jet pump on the value of its main geometric parameter represented as a power function, has been established. When using ejection systems that implement long-term technological processes (e. g., during oil production), it is necessary to take the minimum possible value of the main geometric parameter of the jet pump for the specified operating conditions.. Приведено обоснование выбора конструктивных параметров, характеризующих взаимную ориентацию смешиваемых потоков, и соотношения геометрических размеров элементов проточной части струйного насоса, обеспечивающих повышение энергетических показателей скважинных эжекционных систем. В зависимости от взаимной ориентации смешиваемых потоков возможны три варианта конструктивного исполнения струйного насоса: с параллельной ориентацией рабочего и эжектируемого потоков; входом эжектируемого потока под острым углом; с перпендикулярной ориентацией рабочего и эжектируемого потоков. Величина угла между векторами скоростей смешиваемых потоков непосредственно влияет на интенсивность вихреобразований в камере смешивания, величину потерь энергии и коэффициент полезного действия струйного насоса, однако определяющим условием для выбора варианта конструкции элементов эжекционных систем остается простота их изготовления. На основе использования законов сохранения энергии, количества движения и неразрывности потока установлено, что уровень потерь энергии при смешивании потоков прямо пропорционален величине угла вхождения эжектируемой среды. В ходе компьютерного моделирования рабочего процесса струйного насоса получено асимметричное распределение гидродинамических параметров для непараллельной ориентации смешиваемых потоков. С целью уменьшения потерь энергии при смешивании потоков величину угла вхождения эжектируемого потока необходимо принимать в диапазоне от 0 до 15°. В случае реализации режима нулевого напора и максимального коэффициента эжекции минимальные потери энергии при смешивании потоков обеспечиваются для основного геометрического параметра струйного насоса, равного 2,375. В процессе экспериментальных исследований установлена обратная зависимость максимального значения коэффициента полезного действия скважинного струйного насоса от величины его основного геометрического параметра, представленная в виде степенной функции. При использовании эжекционных систем, реализующих длительные технологические процессы (например, при добыче нефти), необходимо принимать минимально возможную для заданных условий эксплуатации величину основного геометрического параметра струйного насос
Оценка энергоэффективности промышленных печей на основе моделирования режимов потребления топлива
Get PDFA number of industrial plants that manufacture modern products use industrial furnaces in their technology. During their operation, it is necessary to comply not only with the current legislation, but also with the norms of consumption of fuel and energy resources. The growth of tariffs for energy resources has led to a significant increase in the energy component of costs price in the structure of the cost of production. As a result, even a small (several percent) change in the cost price can bring any industrial enterprise, including the most modern ones that use gas processing equipment, into the category of unprofitable. Having referred to technical regulatory legal acts, the present article proposes an energy efficiency indicator that allows monitoring energy efficiency at existing industrial plants with industrial furnaces. The world experience of operating glass industry furnaces is considered, existing approaches to determining the energy efficiency of this technology are presented. Based on the analysis of daily indicators of the operating modes of the technological line, methods have been proposed for estimating the rate of reduction in energy efficiency of a flat glass production line and forecasting the total and specific consumption of fuel and energy resources of industrial furnaces (in terms of a continuous glass furnace). The presented methods and the numerical calculations obtained for reducing the energy efficiency of a glass furnace make it possible to predict fuel consumption and form a correct annual application for its required volume to a gas supply organization, as well as evaluate the energy efficiency of production operating an industrial furnace and calculate the energy consumption rate for the output of a unit of production. Ultimately, more accurate determining of the cost of production of a particular industrial enterprise is achieved.Ряд промышленных производств, изготавливающих современную продукцию, применяют в технологии промышленные печи. При их эксплуатации необходимо соблюдать не только действующее законодательство, но и нормы потребления топливно-энергетических ресурсов. Рост тарифов на энергоресурсы привел к значительному увеличению энергетической составляющей затрат в структуре себестоимости выпускаемой продукции. В результате даже небольшое (в несколько процентов) ее изменение может вывести любое, в том числе самое современное, производство, использующее газовое технологическое оборудование, в разряд нерентабельных. В статье со ссылками на технические нормативные правовые акты предложен показатель энергоэффективности, позволяющий вести ее мониторинг на действующих производствах с промышленными печами. Рассмотрен мировой опыт эксплуатации печей стекольной промышленности, представлены существующие подходы к определению энергоэффективности данной технологии. Предложены методы оценки темпов снижения энергоэффективности линии по производству листового стекла и прогнозирования общих и удельных расходов топливно-энергетических ресурсов промышленных печей (на примере стекловаренной печи непрерывного действия), основанные на анализе суточных показателей режимов работы технологической линии. Представленные методы и полученные численные расчеты снижения энергоэффективности стекловаренной печи позволяют прогнозировать потребление топлива и формировать корректную годовую заявку на его необходимый объем в газоснабжающую организацию, а также оценивать энергоэффективность производства, эксплуатирующего промышленную печь, рассчитывать норму расхода энергии на выпуск единицы продукции, что, в конечном итоге, позволяет более точно определять себестоимость продукции конкретного производства
Оптимизация работы водозаборов подземных вод с помощью двухколонных скважин
Get PDFThe average number of wells at a typical water intake is 30–40; while the power of the submersible pump is usually 32–40 kW; which means that only at one well water intake the power consumption of electric pumping equipment during the hours of greatest water consumption can reach 900–1600 kW. In the structure of operating costs of well water intakes; the share of electricity costs reaches 85 %. Taking into account the requirements for reducing costs and water tariffs of housing and communal services enterprises as well as of water utilities; energy saving is an urgent task. The article considers the optimization of the operation of groundwater intakes with uneven water supply due to the use of two-column water intake wells instead of typical single-column ones. It is shown that the use of powerful pumps in single-column wells of such water intakes causes a sharp decrease in the dynamic water level in the borehole. On the one hand; this provokes the formation of colmating deposits in the filters due to their aeration; reduces the specific flow rate of the well and shortens the intervals between regenerations. On the other hand; this increases the geometric pressure of submersible pumps and energy consumption for lifting water. The theoretical foundations of determining the supply of pumps installed in single- and two-column water intake wells supplying water to the pressure filter of the water treatment plant are considered. An example of a comparative analysis of the operation of one working well with one powerful pump as part of a water intake of two single-column wells (working and reserve) to cover the entire water supply schedule and two two-column working wells containing one less powerful pump in each column is given. The energy efficiency of these pumping systems is investigated. As a result of calculations; it was found that when combining the operation of pumps of two-column wells during periods of peak; main and partial loads; the annual energy savings will amount to 33 %.Среднее количество скважин на типичном водозаборе 30–40 шт.; мощность погружного насоса обычно 32–40 кВт; из чего следует; что только на одном скважинном водозаборе потребляемая мощность электронасосного оборудования в часы наибольшего водопотребления может достигать 900–1600 кВт. В структуре эксплуатационных затрат скважинных водозаборов доля затрат на электроэнергию достигает 85 %. С учетом требований по снижению издержек и тарифов на воду предприятий жилищно-коммунального хозяйства и водоканалов энергосбережение является актуальной задачей. В статье рассмотрена оптимизация работы водозаборов подземных вод с неравномерной водоподачей за счет применения двухколонных водозаборных скважин вместо типовых одноколонных. Показано; что использование мощных насосов в одноколонных скважинах таких водозаборов приводит к резким снижениям динамического уровня воды в стволе скважины. Это; с одной стороны; провоцирует образование кольматирующих отложений в фильтрах за счет их аэрации; снижает удельный дебит скважины и сокращает интервалы между регенерациями; а с другой – увеличивает геометрический напор погружных насосов и энергозатраты на подъем воды. Рассмотрены теоретические основы определения подачи насосов; установленных в одно- и двухколонных водозаборных скважинах; подающих воду на напорный фильтр станции водоподготовки. Приведен пример сравнительного анализа работы одной рабочей скважины с одним мощным насосом в составе водозабора из двух одноколонных скважин (рабочей и резервной) для покрытия всего графика водоподачи и двух двухколонных рабочих скважин; содержащих по одному менее мощному насосу в каждой колонне. Исследована энергоэффективность указанных насосных систем. В результате расчетов установлено; что при комбинировании работы насосов двухколонных скважин в периоды пиковой; основной и частичной нагрузок годовая экономия электроэнергии составит 33 %
Теплотехнические испытания отопительных котельных при работе на торфяном топливе
Get PDFModern development of society and the economy is generally accompanied by abandonment of non-renewable fuels in the system of existing attitudes toward environmental issues and resource conservation. The paper presents the results of complex operational tests of КВм-2.0 water boilers with automatic stoker and КВр-0.4K at heat supply facilities of the Arkhangelsk region under the typical operating conditions on coal, fuel mixtures, and also peat briquettes and sod peat. Experimental work was carried out using modern methods and advanced technical means. Within the framework of the research on the conversion of boilers to peat fuel, balance experiments were carried out; technical, economic and environmental performance indicators were obtained; the selection and analysis of focal residues were carried out, fine solid and soot particles polluted into the environment were studied in detail. The paper presents graphs of changes in gross efficiency, heat loss with exhaust gas, heat loss with incomplete combustion, and concentrations of sulfur and nitrogen oxides during the cycle between loading peat briquettes into the КВр-0.4K boiler, as well as graphs of changes in the heat balance components and gross efficiency all boiler units under investigation. The conversion of heat generating plants to peat fuel combustion makes it possible to achieve a significant reduction in emissions of solid and soot particles without upgrading ash-collecting plants. Complex experimental studies conducted of existing hot water boilers with a nominal heating capacity of 0.4 and 2.0 MW have shown the possibility, as well as the energy-environmental efficiency of burning briquetted and sod peat in the combustion chambers of these heat generating plants.Процесс отказа от невозобновляемых топлив в системе сложившихся отношений к вопросам экологии и ресурсосбережения повсеместно сопровождает развитие общества и экономики. В данной статье представлены результаты комплексных промышленно-эксплуатационных испытаний водогрейных котлов КВм-2,0 с ТШП и КВр-0,4К на объектах теплоснабжения Архангельской области при типичных режимах работы при сжигании угля, топливных смесей, а также брикетированного и кускового торфа. Эксперименты осуществлялись с использованием современных методов и передовых технических средств. В рамках исследований по переводу котлов на торфяное топливо проведены балансовые опыты, получены технико-экономические и экологические показатели работы, выполнены отбор и анализ очаговых остатков, детально изучены мелкодисперсные твердые и сажевые частицы, выбрасываемые в окружающую среду. Приведены графики изменения КПД брутто, потерь теплоты с уходящими газами, химической неполнотой сгорания топлива и концентраций оксидов серы и азота в период между загрузками торфяных брикетов в котел КВр-0,4К, а также графики изменения составляющих теплового баланса и КПД брутто всех исследуемых котельных агрегатов. Перевод теплогенерирующих установок на сжигание торфяного топлива позволяет добиться существенного снижения выбросов твердых и сажевых частиц без модернизации золоулавливающих установок. Комплексные экспериментальные исследования, проведенные на действующих водогрейных котлах номинальной теплопроизводительностью 0,4 и 2,0 МВт, показали возможность, а также энергоэкологическую эффективность сжигания брикетированного и кускового торфа в топочных камерах данных теплогенерирующих установок
Синтез инвариантных систем автоматического регулирования с внутренней моделью
Get PDFThe article is devoted to the modernization of typical cascade automatic control systems with stabilizing and corrective PI controllers. Such automatic control systems, in addition to the main signal (of adjustable value), use an additional leading signal that reacts to the disturbance faster than the main one. The leading signal effectively compensates for internal disturbances arising in the system by adjusting the stabilizing controller. The temperature control system of superheated steam boiler units of thermal power plants may be taken as an example. The task of determining the configuration parameters of such dual-circuit systems is quite difficult. With a relatively low inertia of the internal circuit, the speed of the stabilizing controller is quite high, and transients in it do not affect the quality of regulation in the external circuit with a corrective controller. This makes it possible to calculate the optimal settings of the latter only by the dynamic characteristics of the inertial section using conventional methods developed for single-circuit systems. The main disadvantage of such automatic control systems is that they do not allow, with close inertia of the contours, to significantly improve the quality of working out the main impacts during the jump of the task, internal and external disturbances. To eliminate this drawback, an invariant cascade automatic control system with an internal model is proposed that takes into account the dynamics of both the internal and external contours with an inertial section of the object when choosing the structure and setting up the corrective controller. In this case, the internal model is used to fully compensate for the main feedback of the system when working out the task signal, as well as to isolate an equivalent external disturbance, for which an invariance differentiator is used to compensate. The invariant cascade automatic control system makes it possible to significantly increase the speed and accuracy compared to the standard one. Статья посвящена модернизации типовых каскадных систем автоматического регулирования со стабилизирующим и корректирующим ПИ-регуляторами. Такие системы автоматического регулирования кроме основного сигнала (регулируемой величины) используют дополнительный опережающий сигнал, который реагирует на возмущение быстрее, чем основной. Опережающий сигнал достаточно эффективно компенсирует возникающие в системе внутренние возмущения за счет настройки стабилизирующего регулятора. Примером может служить система регулирования температуры перегретого пара котельных агрегатов тепловых электрических станций. Задача определения параметров настройки таких двухконтурных систем довольно сложна. При относительно малой инерционности внутреннего контура быстродействие стабилизирующего регулятора достаточно высоко, и переходные процессы в нем не оказывают влияния на качество регулирования во внешнем контуре с корректирующим регулятором. Это позволяет рассчитывать оптимальные параметры настройки последнего только по динамическим характеристикам инерционного участка обычными методами, разрабатываемыми для одноконтурных систем. Главный недостаток таких систем автоматического регулирования состоит в том, что они не позволяют при близких инерционностях контуров существенно улучшить качество отработки основных воздействий при скачке задания, внутреннего и внешнего возмущения. Для устранения этого недостатка предложена инвариантная каскадная система автоматического регулирования с внутренней моделью, учитывающей при выборе структуры и настройке корректирующего регулятора динамику как внутреннего, так и внешнего контура с инерционным участком объекта. При этом внутренняя модель используется для полной компенсации главной обратной связи системы при отработке сигнала задания, а также выделения эквивалентного внешнего возмущения, для компенсации которого применяется дифференциатор инвариантности. Инвариантная каскадная система автоматического регулирования позволяет существенно повысить быстродействие и точность по сравнению с типовой
Повышение эффективности действующих тепловых электрических станций в современных условиях
Get PDFIn the present-day conditions, the issue of energy saving is becoming increasingly acute and permanently relevant. This situation is caused by rapid growth in prices for primary energy resources and by the need to reduce the share of natural gas in the incoming part of the energy balance of Belarus. According to available statistics, with the commissioning of the Belarusian NPP, the share of natural gas in the incoming part of the energy balance decreases from 97 to 59 %. In the economic complex, the share of this primary energy resource is projected at 70 %. The problem of energy saving is solved most rationally and with the least investment only by increasing the efficiency of natural gas use, especially due to the commissioning of the Belarusian NPP, the issue of preserving the possibility of using centralized heating facilities is acute. It is necessary to increase the thermodynamic efficiency of the cycles of steam turbine plants, both heating and condensing, which form the basis of the generation of the Belarusian power system, in order to restore the energy characteristics of the power system, which have somewhat decreased with the commissioning of the NPP. In the limit, the share of natural gas in the incoming part of the energy balance should be reduced to values not exceeding 50 %, in accordance with the requirements of energy security. The article considers examples of utilization of low-temperature secondary energy flows occurring at thermal power plants: the heat of the cooling processes of the generator, lubrication systems, as well as the heat of condensation of turbine exhaust steam and deeper cooling of flue gases. On the basis of this review, it is expected to identify promising areas of relevant research in relation to the energy system of Belarus.В современных условиях вопрос энергосбережения приобретает все большую остроту и перманентную актуальность. Данная ситуация обусловлена резким скачком цен на первичные энергоресурсы и необходимостью снижения удельного веса природного газа в приходной части энергобаланса Беларуси. Согласно имеющимся статистическим данным, с вводом в эксплуатацию Белорусской АЭС удельный вес природного газа в приходной части энергобаланса снизится с 97 до 59 %. В хозяйственном комплексе доля этого первичного энергоресурса прогнозируется на уровне 70 %. Наиболее рационально и с наименьшими инвестициями задача энергосбережения решается лишь за счет повышения эффективности использования природного газа, тем более что в связи с вводом Белорусской АЭС остро стоит вопрос сохранения возможности применения централизованных теплофикационных мощностей. Необходимо повысить термодинамическую эффективность циклов паротурбинных установок, как теплофикационных, так и конденсационных, составляющих основу генерации энергосистемы Беларуси, для восстановления энергетических характеристик энергосистемы, несколько снизившихся с вводом в строй АЭС. В пределе следует снизить удельный вес природного газа в приходной части энергобаланса до значений, не превышающих 50 %, в соответствии с требованиями энергетической безопасности. В статье рассмотрены примеры утилизации низкотемпературных вторичных энергетических потоков, имеющих место на тепловых электрических станциях: теплоты процессов охлаждения генератора, систем смазки, конденсации отработанного пара турбины и более глубокого охлаждения уходящих дымовых газов. На основе указанного анализа определяются перспективные направления соответствующих исследований применительно к энергосистеме Беларуси
Численный анализ характеристик процесса тепловой обработки многослойных композитных изделий в теплотехнологических установках
Get PDF. The results of numerical studies carried out on the basis on a mathematical model developed by the authors of this paper devoted to the investigation of the influence of various factors on the characteristics of the process of heat treatment of composite products in industrial heat technology installations in the presence of internal heat emissions distributed over the volume of individual layers of the product are presented. The formulation of boundary conditions for this model is proposed, considering the multilayer structure of products and the peculiar properties of the organization of their heat treatment process in a heat technology installation. A detailed description of the mathematical model was presented in the previous works. In this study, the functions of temperature distribution and the coefficient (degree) of hydration in the spatial regions that make up the product have been studied as characteristics of the heat treatment process. Model composite products of the same shape and structure but of different volume, consisting of two layers of material in which an exothermic hydration reaction takes place separated by a layer of expanded polystyrene were considered. The temperature-time regime of heat treatment was assumed to be close to that used in industrial conditions in the production of three-layer external wall panels. The boundary and initial conditions corresponded to the conditions of heat treatment on flat stands with water heating and sheltering products from above. It has been determined that the presence of a thermal insulation layer in the core of the product separating the layers that have an internal heat source, changes the distribution of temperature values and the hydration coefficient in the upper and lower layers significantly. An increase in the characteristic volume of the product leads to an increase in the influence of internal volumetric heat release on the processes of heating and hydration, while heat release caused by the course of the hydration reaction begins to have a decisive influence on them.Приведены результаты численных исследований, выполненных на основе разработанной авторами статьи математической модели, посвященных изучению влияния различных факторов на характеристики процесса тепловой обработки композитных изделий в промышленных теплотехнологических установках при наличии внутренних тепловыделений, распределенных по объему отдельных слоев изделия. Предложена формулировка граничных условий для этой модели с учетом многослойной структуры изделий и особенностей организации процесса их тепловой обработки в теплотехнологической установке. Подробное описание математической модели представлено в предыдущих работах. В данном исследовании в качестве характеристик процесса тепловой обработки изучены функции распределения температуры и коэффициента (степени) гидратации в пространственных областях, составляющих изделие. Рассмотрены модельные композитные изделия одинаковой формы и структуры, но разного объема, состоящие из двух слоев материала, в которых протекает экзотермическая реакция гидратации, разделенных слоем пенополистирола. Температурно-временной режим тепловой обработки принимался близким к используемому в промышленных условиях при производстве трехслойных наружных стеновых панелей. Граничные и начальные условия соответствовали режиму тепловой обработки на плоских стендах с водяным подогревом и укрытием изделий сверху. Установлено, что наличие теплоизоляционного слоя в середине изделия, разделяющего слои c внутренним источником тепловыделений, существенным образом изменяет распределение значений температуры и коэффициента гидратации в верхнем и нижнем слоях. Увеличение характерного объема изделия ведет к существенному возрастанию влияния внутренних объемных тепловыделений на процессы нагрева и гидратации, обусловленные протеканием реакции гидратации
Теоретические основы расчета размыва грунтовых плотин при переливе воды через гребень
Get PDFLarge-scale hydraulic engineering construction associated with the erection and operation of large dams and reservoirs has an impact on the ecosystem and physical and geographical characteristics of the construction area. In addition, during the passage of catastrophic floods and high waters, the danger of a hydrodynamic accident increases, i. e. overflow of reservoirs, overflow of masses over the ridge of an earthen dam and its destruction, accompanied by the formation of a closure channel and the outflow of an unsteady water flow through it into the lower reaches in the form of a breakthrough wave. The process of erosion of an underground dam due to the overflow of water over the ridge can be divided into two stages. During the first one, the lower slope is eroded, along which the water moves as if by a rapid current. The profile of the dam, initially trapezoidal, by the end of the erosion takes a shape close to triangular, and the ridge mark on the side of the upper slope remains constant. The second stage is characterized by an intensive reduction of the ridge; the dam quickly takes the form of a practical profile spillway, which persists until the end of erosion. At the same time, there is an intensive expansion of the closure channel. As the analysis showed, the existing mathematical models used to calculate the dynamics of the erosion of the dam, especially its first stage before the expansion of the closure channel, are not perfect. The article presents a refined methodology developed by the authors for modeling the process of erosion of ground dams during water overflow over the ridge. The calculations made in accordance with this methodology make it possible to construct a flow hydrograph in the location of the eroded dam. The methodology can be used in the development of project documentation at the first stage of dam design, as well as in determining the forecast quantitative and qualitative characteristics of the water regime of reservoirs.Масштабное гидротехническое сооружение, связанное с возведением и эксплуатацией больших плотин и водохранилищ, оказывает влияние на экосистему и физико-географические характеристики района строительства. Помимо этого, в период прохождения катастрофических паводков и половодий возрастает опасность гидродинамической аварии, т. е. переполнения водохранилищ, перелива через гребень земляной плотины и ее разрушения, сопровождаемого образованием прорана и истечением через него в нижний бьеф неустановившегося потока воды в виде волны прорыва. Процесс размыва грунтовой плотины вследствие перелива воды через гребень можно разделить на две стадии. На первой размывается низовой откос, по которому вода движется как по быстротоку. Профиль плотины, вначале трапецеидальный, к концу размыва принимает форму, близкую к треугольной, причем отметка гребня со стороны верхового откоса остается постоянной. Вторая стадия характеризуется интенсивным снижением гребня, плотина быстро приобретает форму водослива практического профиля, которая сохраняется до конца размыва. В это же время происходит интенсивное расширение прорана. Как показал анализ, существующие математические модели, используемые для расчета динамики размыва плотины, особенно ее первой стадии до расширения прорана, несовершенны. В статье представлена разработанная авторами уточненная методика моделирования процесса размыва грунтовых плотин при переливе воды через гребень. Производимые по ней расчеты позволяют построить гидрограф расхода в створе размываемой плотины. Методика может применяться при разработке проектной документации на первой стадии проектирования плотин, а также при определении прогнозных количественных и качественных характеристик водного режима водохранилищ.
Электромагнитная совместимость компенсирующих устройств и преобразователей регулируемого электропривода в электрических сетях промышленных предприятий
Get PDFThe problems of reactive power compensation and improving the quality of electrical energy in the power supply systems of industrial enterprises are inseparable. Their relevance is due to the widespread use of electric receivers that consume reactive power and distort the quality of electrical energy in the network, as well as the implementation of new technologies, systems and equipment into production that make increased demands on the quality of electrical energy consumed. An important characteristic of the quality of electrical energy rationed by GOST 32144–2013 is the non-sinusoidal voltage. The main reason for the non-sinusoidal voltage in the electrical networks of industrial enterprises is the use of electrical equipment with a nonlinear voltage characteristic, which is a source of conductive electromagnetic interference, in particular: adjustable DC and AC electric drives, uninterruptible power supplies of electric receivers, electric welding equipment, electric arc furnaces, induction heating installations, gas-discharge radiation sources. Due to the nonlinearity of the current-voltage characteristics, the above devices consume a non-sinusoidal current from the network, which causes harmonic distortion of the supply voltage, including the fundamental harmonic component and higher harmonic components that are multiples of the fundamental frequency. Non-sinusoidal voltage, in turn, causes additional losses of power and energy in the elements of the electrical network, causes overheating and accelerated aging of the insulation of electrical equipment, reducing its operational reliability and reducing service life, worsens the accuracy of electrical measurements, causes malfunctions in automation systems, telemechanics, relay protection, electronic systems and communications. Non-sinusoidal voltage significantly complicates the compensation of reactive power in the electrical network. Compensating devices are made on the basis of capacitors, whose electrical parameters (resistance, power, current) depend on both the magnitude of the supply voltage and its harmonic composition. The present article identifies problems and proposes solutions in terms of reactive power compensation and improving the quality of electrical energy in electrical networks containing thyristor voltage converters and frequency converters used in adjustable electric drive installations of industrial enterprises. Проблемы компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий нераздельно связаны. Их актуальность обусловлена широким применением электроприемников, потребляющих реактивную мощность и искажающих качество электрической энергии в сети, а также внедрением в производство новых технологий, систем и оборудования, предъявляющих повышенные требования к качеству электрической энергии. Важной характеристикой качества электрической энергии, нормируемого ГОСТ 32144–2013, является несинусоидальность напряжения. Основная причина несинусоидальности напряжения в электрических сетях промышленных предприятий – применение электрооборудования с нелинейной вольт-амперной характеристикой, являющегося источником кондуктивных электромагнитных помех, в частности: регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока, источников бесперебойного питания электроприемников, электросварочного оборудования, дуговых электрических печей, установок индукционного нагрева, газоразрядных источников излучения. Вследствие нелинейности вольт-амперных характеристик указанные выше устройства потребляют из сети несинусоидальный ток, что вызывает гармонические искажения питающего напряжения, включающего основную гармоническую составляющую и высшие гармонические составляющие, кратные основной частоте. Несинусоидальность напряжения, в свою очередь, вызывает дополнительные потери мощности и энергии в элементах электрической сети, приводит к перегреву и ускоренному старению изоляции электрооборудования, снижая его эксплуатационную надежность и уменьшая срок службы, ухудшает точность электрических измерений, вызывает нарушения в работе систем автоматики, телемеханики, релейной защиты, электронных систем и коммуникаций. Кроме того, она существенно усложняет компенсацию реактивной мощности в электрической сети. Компенсирующие устройства выполняются на базе конденсаторов, электрические параметры которых (сопротивление, мощность, ток) зависят как от величины питающего напряжения, так и от его гармонического состава. В настоящей статье обозначены проблемы и предложены решения в части компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энергии в электрических сетях, содержащих тиристорные преобразователи напряжения и преобразователи частоты, применяемые в установках регулируемого электропривода промышленных предприятий