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

БУТЫРИН П.А., ГУСЕВ Г.Г., МИХЕЕВ Д.В., ШАКИРЗЯНОВ Ф.Н. — 2015 г.

Рассматривается алгоритм определения параметров фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ), реализованного на базе нового элемента электрических цепей - каткона. Каткон представляет собой двухполюсник, состоящий из двух параллельно намотанных и гальванически не связанных катушек и обладающий индуктивными и емкостными свойствами. ФКУ на базе каткона компенсирует реактивную мощность на основной гармонике и фильтрует высшие гармоники, то есть осуществляет функции управления качеством энергии электрической сети. В статье дано описание конструкции подобного ФКУ, его схема замещения, алгоритм определения параметров ФКУ, позволяющий выбирать его компоновку и конструирование. Приводятся данные физических экспериментов с катконом, подтверждающие адекватность предлагаемого алгоритма.

БОНДАРЕВА Н.В., ГЛУХОВ Л.М., КОРОТЕЕВ А.А., КРАСОВСКИЙ В.Г., КУСТОВ Л.М., НАГЕЛЬ Ю.А., САФРОНОВ А.А., ФИЛАТОВ Н.И., ЧЕРНИКОВА Е.А. — 2015 г.

Рассмотрено современное состояние концепции бескаркасных систем отвода низкопотенциального тепла космических энергетических установок нового поколения, характеризующихся повышенной мощностью, малой метеоритной уязвимостью и длительными сроками активного существования. Проведен анализ результатов выполненных исследований, подведены промежуточные итоги работ в части: синтеза новых сверхвысоковакуумных рабочих тел, пригодных для работы в открытом космосе в заданном диапазоне изменения температур; обеспечения требуемых закономерностей диспергирования теплоносителя; поддержания постоянства траекторий движения капель на участке пролета в открытом космосе; профилирования геометрии и структуры мелкодисперсной капельной пелены. Обоснована необходимость активизации работ по всем ключевым направлениям соответствующей тематики для обеспечения возможности создания новых космических энергетических установок, характеризующихся мегаваттными уровнями мощности.

КУЛИК В.С., СУХАРЕВ М.Г. — 2015 г.

Принятие решений при проектировании и планировании систем газоснабжения (добыча, транспорт, распределение, хранение) происходит в условиях, когда информации мало, а достоверность некоторых данных вызывает сомнение. Следствием этого является несоответствие реальных режимов эксплуатации с прогнозными. Предлагается недостоверность информации формализовать с помощью функций принадлежности, используя понятия нечетких (размытых) множеств. Рассматриваются две проблемы: недостоверность знания спроса на газ при определении технологических параметров проектируемой системы распределения газа и недостоверность знания фактических мощностей силового оборудования при оперативном управлении системой магистрального транспорта. Построены математические модели и алгоритмы решения. Приведены результаты расчетов в иллюстративных примерах, с использованием реальных характеристик оборудования.

КЛЕР А.М., МАКСИМОВ А.С., СТЕПАНОВА Е.Л., ЧАЛБЫШЕВ А.В. — 2015 г.

В работе рассматривается методика формирования ценовой заявки для теплоэлектроцентралей при работе на рынке на сутки вперед. Описан методический подход для определения оптимального состава включенного основного генерирующего оборудования с учетом динамики тепловой нагрузки и затрат на пуски турбо- и кот- лоагрегатов. Приведен пример выбора состава включенного основного генерирующего оборудования крупной промышленно-отопительной ТЭЦ с использованием в качестве критерия математического ожидания прибыли.

ЗАЙЧЕНКО В.М., ИВАНОВ М.Ф., КИВЕРИН А.Д., СМЫГАЛИНА А.Е. — 2015 г.

Исследуется возможность применения аккумулированного от возобновляемых источников энергии водорода в качестве топлива для поршневого двигателя, служащего приводом для электрогенератора. Сгорание водорода в камере поршневого двигателя, как правило, происходит в детонационном режиме. Для получения менее жестких режимов в настоящей работе предлагается использовать добавки пара к водородно-воздушной смеси или бедные водородно-воздушные смеси. Методами математического моделирования проведено исследование горения указанных смесей в камере сгорания газопоршневого двигателя с искровым зажиганием. Дано сравнение использования в качестве горючего смесей водород-пар-воздух и бедных водородно-воздушных смесей. Исследована зависимость возникающих режимов горения и их количественных характеристик от содержания водорода в горючей смеси. Представлен анализ оптимального сгорания, основанный на рассмотрении двух параметров: максимального давления в камере за цикл и угла поворота вала, приходящегося на достижение максимального давления.

АФАНАСЬЕВ Д.О., ФЕДОРОВА Е.А. — 2015 г.

В работе на базе построенной краткосрочной регрессионной модели “цена- спрос” с марковскими переключениями режимов показан динамический характер взаимосвязи цены и спроса на электроэнергию на российском спотовом рынке (рынке на сутки вперед). Цены на электроэнергию демонстрируют переключение состояний чувствительности к спросу, отражая нелинейную природу краткосрочного механизма ценообразования. Выявлены существенные различия в характеристиках режимов функционирования оптового рынка электроэнергии в ценовых зонах Европа-Урал и Сибирь, соответствующих спаду рынка, его нормальному функционированию и подъему. Полученные результаты могут быть использованы экономическими агентами и регулирующими организациями при прогнозировании цен на электроэнергию на базе плановых данных о потреблении.

БЕРДОВ Р.Д., ВОЛКОВ Н.Н., ВОЛКОВА Л.И., МИРОНОВ В.В., ЦАЦУЕВ С.М. — 2015 г.

По результатам испытаний укороченных сопловых насадков радиационного охлаждения (НРО) выполнен анализ неравномерности смесеобразования в натурной камере ЖРД. Показано наличие неоднородности смеси продуктов сгорания в окружном направлении. В пристеночной области чередуются “холодные” и “горячие” области вдоль различных образующих сопла. Такая неоднородность сохраняется до среза сопла. Различие температур в зоне НРО составляет -110 K. Расчетными методами показано, что такое различие в температуре поверхности насадка может соответствовать различию соотношений компонентов топлива k m = 2 и k m = 1,7. Наличие “горячих” зон необходимо учитывать при проектировании НРО из композиционных материалов на основе углерода, так как это может повлиять на их работоспособность.

БАРАНОВ Ю.Д., ЦИЦИКЯН Г.Н. — 2015 г.

Рассмотрены принципы активной компенсации реактивной мощности в трехфазных системах с мощной нелинейной нагрузкой в виде шестипульсного выпрямителя с компенсатором шунтирующего типа. Даны выражения для k-ых комплексов гармоник тока в системе с учетом угла задержки отпирающих импульсов. Произведено соответствующее сопоставление. При анализе компенсирующего алгоритма по исключению реактивной мощности и повышению коэффициента мощности использовано 0, а, в преобразование. Рассмотрено обобщение понятия реактивной мощности как векторного произведения векторов напряжения и тока для трехфазных систем с учетом нулевых составляющих токов и напряжения. Записано матричное соотношение между компонентами мощности и токов в базисе 0, а, в преобразования с последующей инверсией для построения компенсационного алгоритма. Даны графические изображения компенсирующих токов с разным числом учитываемых гармоник.

БАЗЕЛЯН Э.М. — 2015 г.

На основании детальных исследований характеристик коронного разряда от наземных сооружений в электрическом поле атмосферы выполнен анализ возможных путей активного воздействия на грозовую деятельность. Показано, что любая наземная многоэлектродная коронирующая система не может разрядить грозовую ячейку и прекратить формирование молний. Воздействие коронного разряда проявляется только посредством перераспределения электрического поля у вершины молниеотвода и защищаемого им объекта. Показана бесперспективность применения ESE-молниеотводов. Предложена система параллельных тросовых коронирующих молниеотводов, использующая экранирующий эффект заряда короны

УСТИНОВ С.М. — 2015 г.

Приводится метод численного поиска значений настроек регуляторов, обеспечивающих требуемое демпфирование слабовозмущенных колебаний для заданной совокупности режимов больших энергообъединений. Он базируется на двухэтапной процедуре последовательного квадратичного программирования и может быть использован даже при некорректной постановке задач. Оба этапа этой процедуры учитывают ограничения на диапазон изменения варьируемых параметров. Число итераций невелико. Каждая из них требует решения полной проблемы собственных значений матрицы системы. Алгоритм включен в качестве подсистемы в вычислительный комплекс ПОИСК и обеспечивает автоматический и диалоговый режим оптимизации параметров управления для больших энергообъединений. Две тестовые схемы подтвердили высокую эффективность предложенного метода.

АКОМЁЛКОВ Г.А., КУПРИЕНКО В.М., ОРЕХОВ Н.М., РОМАНЦОВ В.Н., ХЛЕБНИКОВ А.И. — 2015 г.

Разработана методика и приведены результаты исследований по сравнительной оценке эффективности защиты модели объекта с использованием пассивного молниеотвода (ПМ) и активного молниеотвода (АМ) одинаковой высоты. Для исследований был выбран активный молниеотвод типа М-200. Испытания проводились в полевых условиях путем формирования в воздушном промежутке длиной 6-11 м электрических разрядов, моделирующих разряд молнии. Разряд формировался с помощью генератора импульсных напряжений ГИН 6000/960 кДж. Амплитуда импульса напряжения составляла 2,2-3,5 МВ, форма волны напряжения 250/2500 мкс. Испытания проводились на импульсах напряжения положительной и отрицательной полярности. Совместные испытания АМ и ПМ по различным схемам в серии более 1000 воздействий показали, что количество разрядов в активный и пассивный молниеотводы разделились примерно поровну. В результате исследований не выявлено очевидного преимущества АМ перед ПМ.

БЕРЕСНЕВА Н.М. — 2015 г.

В статье приведены основные положения модификации экономико-математических моделей в исследованиях энергетической безопасности России с применением существующих модельных решений. Выделены этапы такой модификации моделей в идеологии системного анализа, критерии принятия решений на выделенных этапах. Приведены результаты модификации модели надежного энергоснабжения потребителей в условиях чрезвычайных ситуаций.

БАСКАКОВ В.Н., ВОЛКОВА Л.И., КАЛИНИН С.В., ЦАЦУЕВ С.М. — 2015 г.

При создании элементов проточных трактов для высокотемпературных энергетических установок из углерод-углеродных или углерод-керамических композиционных материалов одним из важнейших показателей является стойкость материала к тепловым и эрозионным нагрузкам. Для улучшения этих характеристик разрабатываются новые марки материалов, исследуются технологии нанесения антиокислительных покрытий. Экономичным способом испытания новых материалов в условиях, аналогичных натурным, являются испытания модельных образцов материалов. При этом важно соблюдение некоторых условий. Образец материала должен быть представительным по сравнению с полноразмерным элементом энергоустановки. Для образцов материала с многослойными покрытиями особенно важно имитировать время работы и количество циклов нагрева и охлаждения. Такая необходимость возникает ввиду ускоренной механической деградации покрытия из-за неравномерного, ввиду разницы в КЛТР, теплового расширения и сжатия отдельных слоев материала. В статье представлены результаты разработки испытательного комплекса для анализа термоэрозионной стойкости перспективных углерод-углеродных и углерод-керамических композиционных материалов. Испытательный комплекс состоит из газогенератора, системы измерений, оборудования для дефектации образцов композиционных материалов. Для обработки данных прямых измерений разработано программно-методическое обеспечение, позволяющее проводить анализ стойкости образцов материалов в зависимости от условий испытания.

ЕНЬКИН Е.Ю., ПИЛЬЩИКОВ В.Е., ПОДПОРКИН Г.В. — 2015 г.

Предлагается альтернативный традиционным принцип молниезащиты воздушных линий электропередачи на основе мультикамерных разрядников и изоляторов- разрядников, разработанных НПО “Стример”, основным преимуществом которых является устойчивость к многократным воздействиям токов прямого удара молнии. Новейшие исследования, приведенные в статье, показывают, что при изменении формы дугогасящей камеры можно добиться уникального эффекта - гашение дуги без развития сопровождающего тока, тем самым можно значительно повысить коммутационный ресурс мультикамерных систем. На основе универсальной дугогасящей камеры новой формы разработан ряд устройств, прошедших приемочные испытания и проверенных в условиях опытно-промышленной эксплуатации.

ЖЕЛОКОВА М.З., МАКСИМОВА И.Ф. — 2015 г.

Приведена информация о новейших разработках и созданных в настоящее время и серийно выпускаемых киловаттных высокооборотных электрических машинах различного типа исполнения с частотой вращения от 20 000 до 100 000 об/мин, которые могут быть использованы в малоразмерных энергетических газотурбинных установках и других форсированных малогабаритных источниках питания различного назначения.

ПЯТКОВА Е.В., ПЯТКОВА Н.И., СЛАВИН Г.Б. — 2015 г.

В статье анализируется состояние с объемами инвестиций в ТЭК в последнее десятилетие, их отраслевая структура, соотношение с необходимыми инвестициями, предусмотренными в Энергетической стратегии России до 2030 г. Сформулированы негативные явления (последствия) действия недофинансирования на отрасли энергетики, построена схема причинно-следственных связей факторов влияющих на инвестиционные возможности отраслей ТЭК.

АСТАШЕВ М.Г., НОВИКОВ М.А., ПАНФИЛОВ Д.И., РАШИТОВ П.А., РЕМИЗЕВИЧ Т.В., ФЕДОРОВА М.И. — 2015 г.

Рассмотрен узел регулирования транспортных потоков мощности в электрической сети переменного тока. Узел выполнен на основе фазоповоротного устройства с тиристорным коммутатором. Представлены результаты исследования режима пофазного управления выходным напряжением фазоповоротного устройства. Получены аналитические выражения для расчета коэффициентов перенапряжения в схеме тиристорного коммутатора для неполнофазного режима работы. На основе оценки перенапряжений в предельных эксплуатационных режимах определены условия реализуемости пофазного управления выходным напряжением фазоповоротного устройства, обеспечивающего его максимальное быстродействие и полную управляемость.

БОГУСЛАВСКИЙ И.З., КОРОВКИН Н.В. — 2015 г.

Изложен метод исследования переходных режимов в асинхронной машине с несимметрией в короткозамкнутой клетке ротора. Такая несимметрия может возникать в процессе эксплуатации (например, при обрыве стержня, особенно при перегрузках) либо при изготовлении (например, из-за некачественной пайки в стыке стержень - короткозамыкающее кольцо). Решение проблемы представлено в виде исследования переходных режимов в двух эквивалентных асинхронных машинах с различными параметрами вторичных контуров: - с симметричной клеткой в прямом поле взаимоиндукции (поля в зазоре); - с симметричной клеткой в дополнительном поле взаимоиндукции (поля в зазоре). Получено, что взаимная индуктивность контуров статора и ротора, а также и полное сопротивление вторичных контуров этих обеих эквивалентных машин различна. Приведены расчетные соотношения для взаимных индуктивностей и полных сопротивлений вторичных контуров обеих эквивалентных машин; установлена взаимосвязь между обоими полями взаимоиндукции. Для определения токов в контурах ротора и статора этих машин в переходных режимах использована теория вращающегося поля, так как асинхронная машина отличается постоянной величиной воздушного зазора. Метод развивает эту теорию применительно к конструкции асинхронной машины с несимметричной короткозамкнутой клеткой.

ПОПОВ Р.В., СУХАРЕВ М.Г. — 2015 г.

Рассматриваются штатные нестационарные режимы в системах газоснабжения. Для имитации нестационарных течений в линейном газопроводе предложена модель обыкновенных дифференциальных уравнений, адекватность которой доказана путем представительного вычислительного эксперимента. На этой базе построена модель расчета нестационарных режимов трубопроводной системы произвольной конфигурации. Предложен алгоритм реализации модели. Рассчитан пример, показывающий приемлемость модели для промышленных систем и ее преимущества перед моделью с рассредоточенными параметрами.

КАРТАШОВ Э.М. — 2015 г.

Рассмотрены практически важные задачи нестационарной теплопроводности для гиперболических моделей переноса. Скорректированы соотношения для ряда оригиналов сложных изображений преобразования Лапласа, используемых при решении гиперболических моделей операционным методом. Развит аналитический подход, основанный на контурном интегрировании операционных решений гиперболических моделей, содержащий новые интегральные соотношения, удобные для численных экспериментов. Показана эквивалентность новых функциональных конструкций и известных аналитических решений данного класса задач. На основе полученных соотношений описан волновой характер нестационарной теплопроводности с учетом конечной скорости распространения теплоты; рассчитаны скачки на фронте тепловой волны. Предложенный подход дает эффективные результаты при исследовании тепловой реакции на нагрев или охлаждение областей, ограниченных изнутри плоской поверхностью, либо цилиндрической полостью, либо сферической поверхностью.