научный журнал по энергетике Известия Российской академии наук. Энергетика ISSN: 0002-3310

ВАРНАВИН А.П., ВАСИЛЬЕВ А.И., ЕРЕМЕНКО В.В., ЗАОЧИНСКИЙ С.П., ИВАНОВ А.Б., КАЗАКОВ И.Л., КОРОЛЕВ А.В., КОСНИКОВ А.С., КРАСНОЩЕКОВ А.Н., КУЛИКОВ К.Н., ЛЕСОХИН Б.М., ЛЮБИМОВ В.К., САЛЫКИН О.М., СЕЛИЩЕВ В.А., СТЕПЕННОВ Б.С., СУХОРУЧКИН А.К., ФЕДОСЕЕНКОВ А.Н. — 2015 г.

Показана подготовка и последовательность выполнения радиационно-опасных работ по нормализации радиационной обстановки (НРО) на хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) - емкости БСХ-3А в Отделение губа Андреева СЗЦ “СевРАО” - филиала ФГУП “РосРАО”. Впервые в отечественной практике работы по НРО с заменой старого плиточного покрытия и установке новой (штатной) горизонтальной биологической защиты (ГБЗ) на хранилище ОЯТ осуществлялись с помощью дистанционно управляемого оборудования в составе крана-манипулятора НIАВ-700Е-9 (НIАВ) и устройства ВRОКК-90N (ВRОКК) по системе видеонаблюдения (без визуального обзора). Приведены характеристики ГБЗ, робототехнического комплекса и даны рекомендации по их эффективному использованию.

БОРИСОВ Д.М., МИРОНОВ В.В., ШУРАЕВ Ю.А. — 2015 г.

Изложен численный метод решения задач сопряженного теплообмена для расчета систем регенеративного охлаждения камер сгорания энергодвигательных установок. Предложена схема для конечно-разностной аппроксимации уравнения энергии тонкого сдвигового слоя, позволяющая проводить совместный расчет теплового состояния газа и конструкционных элементов системы охлаждения во всем поперечном сечении камеры сгорания, включая стенку, по единому алгоритму. Выполнены численные расчеты и проведено сопоставление с экспериментальными данными.

КИРСАНОВ А.Ю., КИРСАНОВ Ю.А. — 2015 г.

Рассмотрены уравнения теплопроводности для медленно и быстро протекающих процессов. Указана причина низкой точности описания быстро протекающих процессов дифференциальным уравнением теплопроводности параболического типа, состоящая в пренебрежении явлением тепловой релаксации. Отмечено отсутствие единой точки зрения у исследователей по вопросу определения характерной скорости переноса и времени тепловой релаксации. Рассмотрены методы измерения времени тепловой релаксации твердых тел. На основе литературных данных показано, что тепловая релаксация может проявляться в процессах, длительность которых измеряется секундами и более. Дано аналитическое решение гиперболической задачи одномерного твердого тела при граничных условиях третьего рода. Уточнен физический смысл скорости переноса в формуле для тепловой релаксации. Даны рекомендации по измерению времени тепловой релаксации твердого тела.

ИВАНЮХИН А.В. — 2015 г.

Рассматриваются минимальные по энергетике решения для задач проектирования энергетической и электроракетной двигательной установки космического аппарата (КА), на основе задачи оптимального управления, двойственной задачи быстродействия. Эти решения дают оценки для параметров энергетической и двигательной установок таких как мощность, тяга и конечная масса аппарата, которые могут служить основой для проектирования КА с электроракетной двигательной установкой. Показаны варианты использования установок с ядерным и солнечным источниками энергии на гелиоцентрических участках межпланетных перелетов. Получены решения для перелета к Меркурию, Марсу и Юпитеру с минимально возможной мощностью аппарата, для них приведены зависимости характеристической скорости и минимальной тяги двигательной установки от времени перелета при оптимальной дате отправления от Земли. Для перелетов Земля-Марс и Земля- Меркурий построены системы изолиний на поле дата старта - время перелета.

ЗАРУБИН В.С., КОТОВИЧ А.В., КУВЫРКИН Г.Н. — 2015 г.

Рассмотрен процесс теплопереноса через слой теплоизоляции с наружной излучающей выпуклой поверхностью двоякой кривизны. Установлены сочетания определяющих параметров, при которых проходящий через этот слой тепловой поток по абсолютному значению достигает минимума. Толщину слоя теплоизоляции, соответствующую этому значению, следует рассматривать как оптимальную для использования выбранного типа теплоизоляции в условиях теплообмена излучением, в том числе применительно к теплоизолируемым конструкциям космического назначения. Проведенный количественный анализ зависимости теплового потока от определяющих параметров позволяет подбирать теплофизические характеристики теплоизоляции и толщину ее слоя, обеспечивающие необходимое снижение интенсивности теплопереноса через теплоизоляцию с излучающей выпуклой поверхностью двоякой кривизны.

ГРИНЬКО О.В., ДАНИЛЕВСКИЙ С.С., МАЗИКИН Н.В., ПЕЧЕРЕВИН С.Г. — 2015 г.

Представлен пилотный проект повышения грозоупорности ВЛ 220 кВ МЭС Востока с применением линейных разрядников с внешним искровым промежутком (ЛР).Рассматриваются характеристики грозопоражаемости, основные технические решения по повышению грозоупорности ВЛ 220 кВ, принятые в проекте, и опыт эксплуатации грозозащиты ВЛ 220 кВ до и после установки ЛР на линии.

ГОРЮШИН Ю.А., ЖИТЕНЕВ В.В., ЗОЛОТЫХ А.Г., КОВТУН Г.Н. — 2015 г.

Сообщается о проведенной в 2010-2013 гг. опытно-промышленной эксплуатации (ОПЭ) гирлянд мультикамерных изоляторов-разрядников (ГИРМК) на действующей воздушной линии 220 кВ в Ростовской обл. и об опыте применения ГИРМК для защиты ВЛ 35 и 110 кВ, расположенных в других регионах страны. Представлена смонтированная в зоне проведения ОПЭ многокомпонентная система комплексного мониторинга грозовой обстановки и грозовых явлений (СКМ), раскрыты основные компоненты и функциональные возможности системы. Приведены информация о работе ИРМК и СКМ в период проведения ОПЭ и примеры применения уникальных возможностей СКМ при определении причин аварийных отключений линии, а также статистические данные об эффективности грозозащиты ВЛ различных классов напряжения при помощи ГИРМК, полученные в течение 2013 г.

ЗАПОРОЖЦЕВ А.Н., РОМАНОВ В.И., ТИТОВ А.Н., ХОДНЕНКО В.П., ХРОМОВ А.В. — 2015 г.

Представлен космический комплекс (КК) наблюдения геофизических параметров ионосферы, верхних слоев атмосферы, околоземного космического пространства КК “Ионозонд”. Орбитальная группировка (ОГ) КК “Ионозонд” должна состоять из пяти космических аппаратов (КА): четырех КА “Ионосфера” и одного аппарата “Зонд”. КА “Ионосфера” предназначены для функционирования на круговых солнечносинхронных орбитах высотой ~820 км, они должны располагаться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (по два КА - “Терминатор” и “Меридиан” в каждой плоскости и разведены на угол ~180°. КА “Зонд” должен функционировать на круговой околотерминаторной орбите с высотой на экваторе 600-650 км. Для поддержания фазовых характеристик КА, находящихся в одной плоскости, в системе коррекции орбиты КА “Ионосфера” будут применены абляционные импульсные плазменные двигатели АИПД-95. Аналогичная система коррекции будет использоваться на КА “Зонд”. Приведены характеристики АИПД-95 и показаны их преимущества для решения целевой задачи. Доля времени на проведение корректирующей орбиты от общего срока активного существования (8 лет) должна составлять по расчетным оценкам не более 5%.

ГОНЧАРЕНКО Р.Б., КУМКОВА И.И., РУТБЕРГ Ф.Г., САФРОНОВ А.А. — 2015 г.

Рассмотрены особенности плазмотронов переменного тока и их систем электропитания и даны рекомендации по выбору их автономных источников электропитания применительно к установкам для получения синтез-газа. Показано, что практическое значение имеет конверсия в непосредственной близости от нефтяных скважин попутного нефтяного газа в синтез-газ (смесь CO и H 2) на основе применения плазмотронов переменного тока. Дана оценка мощности основных потребителей электроэнергии на скважине при использовании плазмотронов для конверсии попутного нефтяного газа в синтез-газ. Эта мощность может достигать от 767 кВт до 35,35 МВт. Для питания трехфазных плазмотронов рекомендуется схема с токоограничивающими реакторами и емкостными компенсаторами. Рекомендуется в качестве автономных источников электропитания установок для получения синтез-газа на нефтяных скважинах использовать генераторы с приводом от газовых турбин, либо с приводом от поршневых двигателей внутреннего сгорания. Электростанции с поршневыми и газотурбинными двигателями могут работать с котлами-утилизаторами и вырабатывать тепловую энергию, которая может использоваться для предварительного подогрева реагентов в установках для получения синтез-газа и для бытовых целей.

АНТИПОВ С.В., БИЛАШЕНКО В.П., ВЫСОЦКИЙ В.Л., КАЗЕННОВ А.Ю., КИКНАДЗЕ О.Е., КОБРИНСКИЙ М.Н., КОРОЛЕВ А.В., САРКИСОВ А.А., СОТНИКОВ В.А., СТЕПЕННОВ Б.С., ШВЕДОВ П.А. — 2015 г.

Ускоренное развитие Арктического региона России повышает требования к обеспечению экологической безопасности акваторий арктических морей и прилегающих территорий. Одной из важных, требующих решения проблем, является устранение потенциальных угроз, исходящих от затопленных в этих акваториях ядерно и радиационно-опасных объектов. Безопасное выполнение необходимых для этого мероприятий требует оценки рисков всех технологических операций. Рассмотрены сценарии возможных аварийных ситуаций, включая возникновение самопроизвольной цепной реакции (СЦР), в ходе подъема и транспортировки затопленной атомной подводной лодки (АПЛ) “К-27”. На основе имеющихся оценок остаточной активности радионуклидов в реакторах “К-27” для максимально возможной аварии оценены выходы радионуклидов в окружающую среду. Полученные результаты могут быть использованы как исходные данные для оценки воздействия потенциальной аварии на население, персонал и окружающую среду, а также при выборе вариантов и разработке соответствующей проектной документации по обращению с затопленной АПЛ.

АНТИПОВ С.В., БИЛАШЕНКО В.П., ВЫСОЦКИЙ В.Л., КАЛАНТАРОВ В.Е., КОБРИНСКИЙ М.Н., САРКИСОВ А.А., СОТНИКОВ В.А., ШВЕДОВ П.А. — 2015 г.

Развитая в предшествующей работе [1] методика оценки и прогноза состояния защитных барьеров затопленных радиационно опасных объектов применяется к затонувшей в Баренцевом море атомной подводной лодке (АПЛ) “Б-159”. Процесс разрушения объекта описывается в форме ориентированного графа. Рассматриваются процессы коррозионной деградации элементов конструкции, приводящие к росту риска разгерметизации активных зон реакторов с выходом техногенных радионуклидов в морскую среду, а также к потере прочностных свойств корпуса корабля, что может осложнить выполнение операций по подъему и транспортировке АПЛ в случае принятия такого решения. Определены наиболее вероятные пути поступления морской воды в отсеки АПЛ и получены оценки времени деградации основных защитных барьеров.

ВОЛКОВ Э.П., ДЖАФАРОВ Э.А. — 2015 г.

Рассмотрены параметры ВТСП трансформатора со стержневым магнитопроводом, с концентрической и симметричной чередующейся обмотками, выполненными из ВТСП провода первого поколения с локализированным магнитным полем. Дано сравнение параметров наиболее распространенного вида трансформатора со стержневым магнитопроводом с концентрической ВТСП обмоткой с параметрами трансформатора традиционного исполнения с обмоткой из медного провода. Показано преимущество ВТСП трансформатора: уменьшение индуктивного сопротивления рассеяния, площади сечения, объёма и массы ВТСП обмотки по сравнению с аналогичными параметрами трансформатора традиционного исполнения с обмоткой из медного провода. Показано, что КПД ВТСП трансформатора определяется в основном потерями энергии в магнитопроводе. Предложено для увеличения КПД ВТСП трансформатора использовать в качестве материала магнитопровода аморфную электротехническую сталь.

ГОЛУБЕВ В.А., РЕБРОВ С.Г. — 2015 г.

Исследован вопрос о пиковых давлениях, возникающих в камерах сгорания ракетных двигателей (РД) при лазерном воспламенении топлива с использованием метода оптического пробоя - лазерной искры. В качестве определяющих параметров рассматривались безразмерные параметры - отношение пикового давления к стационарному давлению и безразмерное время (отношение задержки воспламенения к времени пребывания продуктов сгорания в камере сгорания). Проанализировано влияние расходонапряженности камеры сгорания на пиковые давления.

ЖУРАВЛЕВ К.В., МЕДВЕДКОВ И.А., ХОДНЕНКО В.П., ХРОМОВ А.В. — 2015 г.

Рассматривается орбитальная группировка космического комплекса оперативного мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций “Канопус-В”, состоящая из космических аппаратов (КА) “Канопус-В” № 1 и Белорусского КА (БКА), находящихся на солнечно-синхронной орбите высотой 510 км и размещенных в одной орбитальной плоскости. Даны энергетические затраты на проведение начальной и штатной коррекции орбиты КА “Канопус-В” № 1 и БКА в течении семи лет. В состав указанных КА включена корректирующая двигательная установка (КДУ) на базе стационарных плазменных двигателей СПД-50. Приведены состав, основные характеристики КДУ и результаты летных испытаний и эксплуатации КДУ КА “Канопус-В” № 1 в течении первых пултора лет полета. В течение летной эксплуатации КА “Канопус-В” № 1 КДУ применялась для коррекции периода обращения и сохранения условий солнечной синхронности, а также для стабилизации фазового положения между КА “Канопус-В” № 1 и БКА. Включение КДУ длительностью 40 мин проводились на заданных участках витка с разной светотеневой обстановкой.

2015

ГОЛОВИНСКИЙ И.А., ЛОНДЕР М.И. — 2015 г.

Систематизированы понятия и идеи, лежащие в основе автоматизации контроля оперативной надежности электрических сетей. В качестве составляющих оперативной надежности анализируются режимная и технологическая надежность. Уровень режимной надежности рассматривается как величина ее “запаса”, образованного совокупностью действующих “степеней защиты”. Предложено обобщение “критерия N - k” для выражения возможностей оперативного восстановления режима после k отказов. Понятие технологической надежности операций введено для исследования условий безопасности и безаварийности операций при их выполнении. Показано, что автоматизация контроля и обеспечения режимной и технологической надежности при оперативно-диспетчерском управлении электросетями основана на системе формализованных правил блокировки операций, проверяющих действие “степеней защиты” режима и операций.

КУЛИКОВ А.Л., ЛАЧУГИН В.Ф., ОБАЛИН М.Д., ПАНФИЛОВ Д.И., РЫВКИН А.А. — 2015 г.

Рассматриваются подходы к созданию интеллектуальной релейной защиты с учетом трактовки термина “интеллектуальная релейная защита”. Представлены критерии интеллектуализации, в частности, применение адаптивных алгоритмов. Анализируются пути развития интеллекта микропроцессорных устройств защиты за счет использования их способности к “самонастройке” для адаптации к изменениям режимов работы энергосистемы и повышения надежности распознавания повреждений, а также преимуществ передачи и синхронизация информации, в том числе при внедрении стандарта МЭК 61850. Даны рекомендации по применению математических методов обработки сигналов - вейвлет-преобразования и математической морфологии в процессе создании интеллектуальной релейной защиты. Применение волновых методов при разработке алгоритмов интеллектуальной релейной защиты обеспечивает независимость её функционирования от изменения режимов работы электрической сети.

АДАМОВ Е.О., АЛЕКСАХИН Р.М., БОЛЬШОВ Л.А., ДЕДУЛЬ А.В., ОРЛОВ В.В., ПЕРШУКОВ В.А., РАЧКОВ В.И., ТОЛСТОУХОВ Д.А., ТРОЯНОВ В.М. — 2015 г.

В статье анализируются проблемы развития современной ядерной энергетики (ЯЭ) и пути их решения на основе замкнутого ядерного топливного цикла (ЯТЦ) с быстрыми реакторами (БР). Определены технические требования к ядерным энергосистемам для создания крупномасштабной ЯЭ. Рассмотрены цели и решаемые научно-технические задачи проекта ГК «Росатом “ПРОРЫВ”», реализуемого в рамках Федеральной целевой программы “Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 гг. и на перспективу до 2020 года”.

СОМОВ А.А., СУЧКОВ С.И. — 2015 г.

Представлены результаты исследований образования и подавления оксидов азота при сжигании в газотурбинной камере сгорания продуктов горновой паровоздушной газификации в плотном слое углей. Генераторный газ горновой газификации углей обладает достаточно высокой реакционной способностью и может быть использован в широком диапазоне режимных условий сжигания. При примененной сухой горячей очистке этот газ отвечает условиям высокотемпературных газовых турбин. Дана количественная оценка выбросам оксидов азота при его сжигании. По данным опытов до 50% материнского азота топлива при горновой газификации переходит в NH 3 синтез-газа и, окисляясь при сжигании последнего, является источником повышенных выбросов NO^. Сжигание генераторного газа в режиме бедно-богатотой смеси снижает выбросы NO x до 0,065-0,12 г/МДж, что меньше строгого норматива для твердого топлива. Экспериментально доказана возможность дальнейшего снижения выбросов NO x примерно в два раза посредством селективного разложения NH 3 в генераторном газе.

ОВСИЕНКО В.Л., ПЕШКОВ И.Б., ШУВАЛОВ М.Ю. — 2015 г.

Представлены методика исследований и экспериментальная установка для построения “кривой жизни” (зависимости времени до зарождения электрического триинга (ЭТ) от величины приложенного напряжения электрического поля) изоляции из пероксидно-сшитого полиэтилена низкой плотности. Разработанное оборудование позволяет испытывать образцы материалов, полученных в лабораторных условиях и отобранных из промышленных кабелей при комнатных, рабочих и перегрузочных температурах. Факт зарождения ЭТ устанавливается оптическим микро- скопированием в ходе длительных испытаний высоким напряжением одновременно десяти образцов. Оптическая система и микроманипуляционная техника обеспечивают пространственное разрешение 1,5 мкм, высокую точность доставки микроэлектрода к исследуемой области образца, постоянный и гарантированный контакт между микроэлектродом и материалом, сохранность поля остаточных механических напряжений. Полученные результаты могут использоваться при разработке новых конструкций кабелей высокого напряжения с полимерной изоляцией. На основе экспериментальной “кривой жизни”, с помощью математической модели выполнен расчет толщины электрической изоляции кабеля на напряжение 220 кВ, которая составила 19-20 мм.