Том 27, № 2 (2023)

Целью исследования является получение трехмерных изображений исследуемого микрорельефа рабочих поверхностей деталей машин с использованием более простых и доступных средств получения информации о структуре поверхности, а именно – с помощью профилографа. Для получения информации о трехмерном распределении высотных параметров микрорельефа необходимо перейти от профильных параметров микрогеометрии к параметрам ее структуры. Для построения 3D-модели изображений исследуемого микрорельефа прецизионных поверхностей деталей используется профилограмма поверхности, полученная стандартными гостовскими методами. Цифровые значения сигнала вводятся в компьютер в виде одномерного массива (при этом количество элементов данного массива будет определять размер формируемого изображения). В процессе моделирования сформулированы новые требования к характеристикам микрогеометрии рабочих поверхностей. Предложено одномерный массив рассматривать как одну случайную реализацию видеосигнала вдоль горизонтальной оси X, полученного с видеокамеры, а его повторение вдоль оси Y позволит сформировать 3D-модель исследуемой поверхности детали машин. Для устранения недостатка неадекватного изображения 3D -модели исследуемой поверхности авторами предложено ввести случайную компоненту с использованием генератора псевдослучайных чисел для зашумления каждой последующей строки строящегося изображения. Такой генератор реализован в языке программирования С++. Установлено, что графики видеосигналов для разных строк существенно отличаются друг от друга, что отражает структуру реального микрорельефа. Таким образом, рассмотренный программный метод построения изображений позволяет получить 3D-модель структуры исследуемой поверхности для дальнейшей обработки данных сигналов оптико-электронным методом, не прибегая к использованию сложной и дорогостоящей аппаратуры.

Цель – изучение возможности увеличения рабочего объема, мощности, удельной энергоемкости (энергоэффективности), приемистости и снижения пульсации подачи и крутящего момента вала гидромашины путем реализации принципа размещения последующих рядов цилиндров ее блоков в межцилиндровых зонах предыдущих. В исследованиях применялись методы исследований: геометрический, кинематический, силовой и энергетический анализ работы четырехрядной аксиально-поршневой гидромашины с бесторцевой распределительной системой и сдвоенным качающим узлом. По результатам проведенных исследований была создана новая разновидность компактных роторных гидромашин объемного действия. В предлагаемой модели каждый последующий ряд цилиндров расположен в межцилиндровых зонах предыдущих, выполненных по меньшим радиусам. Показано, что в такой конструкции достигается значительное увеличение рабочего объема и мощности гидромашины – в 24,5 раза по сравнению с однорядной, а также повышение приемистости машины в режиме гидромотора. Показано, что устранение торцевых распределительных систем исключает нарушение герметичности стыков между блоками и распределительными дисками из-за «опрокидывания» блока центробежными силами поршней при больших скоростях вращения и кратное снижение пульсации подачи и крутящего момента. Установлено, что увеличение удельной энергоемкости гидромашины зависит от конкретного конструктивного исполнения и может составлять 18–25 кВт/кг. Особенностью конструкции предложенной аксиально-поршневой гидромашины со сдвоенными качающими узлами является отсутствие торцевых распределительных систем и размещение последующих рядов цилиндров блоков в межцилиндровых зонах предыдущих рядов. Эти особенности обеспечивают компактность качающих узлов, минимальные размеры блоков цилиндров и гидромашины в целом, а, следовательно, минимальную массу и максимальную удельную энергоемкость.

Цель – установить эффективность применения современной системы нулевого базирования SCHUNK VERO-S Aviation при изготовлении нежестких деталей из алюминия в сравнении с существующей технологией их мелкосерийного производства на отечественных самолетостроительных предприятиях. Исследования проводились в условиях механических цехов, осуществляющих изготовление нежестких деталей летательных аппаратов. При этом оценивались временные и экономические затраты на их изготовление при изменении элементов режима резания и величин снимаемых припусков. Предлагаемый директивный технологический процесс был реализован российской инжиниринговой компанией «ХАЛТЕК» на одном из авиационных предприятий Российской Федерации. Длительность технологического процесса составила в общей сложности 14 ч (по существующей в действующем производстве технологии – 300 ч). Установлено, что сокращение длительности процесса удалось достичь за счет исключения двух операций термостабилизации, сокращения машинного и подготовительно-заключительного времени в 2 раза. Показано, что сокращение машинного времени произошло благодаря увеличению элементов режима резания при изготовлении нежесткой алюминиевой детали с использованием данной оснастки, а также за счет изменения стратегии обработки. Показано, что применение технологической оснастки SCHUNK VERO-S Aviation в совокупности с определенной стратегией механической обработки тонкостенной нежесткой заготовки позволяет практически полностью компенсировать деформации, вызванные остаточными напряжениями первого рода. Новая современная технология с использованием оснастки SCHUNK VERO-S Aviation доказывает свою эффективность при мелкосерийном и серийном изготовлении качественных нежестких тонкостенных деталей, соответствующих требованиям конструкторской документации, без короблений, многочисленных операций правки, термои временной (пролеживания) стабилизации.

Цель – проведение экспериментальных исследований, направленных на изучение реологических свойств и характеристик распыления пневматической форсункой водоугольных суспензий с добавками пирогенетической жидкости. Объектом исследования являлась водоугольная суспензия, приготовленная на основе длиннопламенного угля с помощью роторного гидродинамического генератора кавитаций. Динамическая вязкость водоугольных суспензий исследовалась при помощи ротационного вискозиметра Реотест-2. Размер капель распыленных суспензий определялся при помощи метода Interferometric Particle Imaging. При проведении экспериментов использовалась пневматическая форсунка, предназначенная для распыления водоугольных топлив. Значение теплотворной способности составов водоугольных суспензий оценивалось теоретическим методом при помощи уравнения Д.И. Менделеева для расчета низшей теплоты сгорания органических веществ с определенным элементным составом. Установлено, что после кавитационной обработки двухкомпонентного водоугольного топлива в течение 90 с значение вязкости снижается на 48%. Показано, что в случае замещения воды аналогичным по массе (от 5 до 20%) количеством пирогенетической жидкости вязкость водоугольного топлива увеличивается. Кавитационная обработка данных суспензий способствует снижению вязкости таких трехкомпонентных водоугольных топлив на 27–45%. Исследования статической седиментации показали, что после кавитационной обработки водоугольных суспензий осаждение частиц угля начинается после 24 часов. Установлено, что обработка суспензий в течение 27 и 90 с в роторном гидродинамическом генераторе кавитаций способствует снижению среднего размера капель в струе после распыления пневматической форсункой на 5,5% и 6,5%, соответственно. Введение в состав водоугольного топлива пирогенетической жидкости приводит к росту теплотворной способности топлива на 6,9%. Таким образом, использование пирогенетической жидкости в составе водоугольного топлива и его обработка в роторном гидродинамическом генераторе кавитаций позволяют решить проблему низкой реакционной способности водоугольных суспензий.

Цель – подробный анализ статистических данных о причинах выхода из строя высоковольтного оборудования, в частности измерительных трансформаторов тока и напряжения; тщательное изучение факторов, влияющих на техническое и функциональное состояния измерительных трансформаторов; исследование существующих методов контроля технического функционирования высоковольтного оборудования на применимость к электронным измерительным трансформаторам; разработка основных принципов построения стационарной системы контроля технических возможностей электронных измерительных трансформаторов. При помощи глубокого анализа исследованы существующие научные публикации и объекты авторского права по обозначенной тематике, применен системный подход к проблеме, рассмотрены методы индукции и дедукции, метод классификации, метод абстрагирования. Результатом проведенного исследования стало детальное изучение существующих методов контроля технических способностей высоковольтного оборудования на применимость к электронным измерительным трансформаторам. Рассмотрено влияние различных режимных и внешних факторов на техническое и функциональное состояния измерительных трансформаторов. Представлены основные принципы построения стационарной системы контроля технического состояния электронных измерительных трансформаторов. На основе проведенного анализа установлено, что повреждаемость измерительных трансформаторов в сетях среднего напряжения составляет порядка 6% от всех аварий, а в сетях 110 кВ и выше – порядка 7. Сделан вывод, что аварии связаны с повреждением изоляции, с некачественными изготовлением и монтажом, с воздействием на оборудование на техническое и функциональное состояния измерительных трансформаторов режимных параметров и внешних факторов. С учетом рассмотренных методов контроля технического состояния высоковольтного оборудования авторами предложена функциональная схема стационарной системы контроля технических возможностей электронных измерительных трансформаторов на цифровой подстанции.

Цель – проведение аналитического обзора и систематизация современных подходов к прогнозированию генерации электроэнергии на базе возобновляемых источников энергии в мировой практике, а также анализ актуальных проблем и перспективных решений в данном направлении. Классификация методов прогнозирования генерации электроэнергии возобновляемыми источниками выполнена на основе анализа литературных источников, посвященных разработке моделей прогнозирования, которые включают в себя физические модели, использование статистических методов и методов на базе машинного обучения. Проведен анализ использования наиболее распространенных методов (физических, статистических и методов машинного обучения) прогнозирования генерации электроэнергии возобновляемыми источниками, выделены преимущества и недостатки данных методов. Установлено, что в большинстве случаев – в особенности в задачах краткосрочного прогнозирования генерации – методы прогнозирования на базе машинного обучения показывают более высокие результаты по сравнению с физическими и статистическими методами. По результатам анализа актуальных проблем в области систем сбора метеоданных установлено, что основными препятствиями для широкого применения алгоритмов машинного обучения на практике являются неполнота и неопределенность исходных данных, а также высокая вычислительная сложность таких алгоритмов. Показано, что с целью повышения эффективности моделей машинного обучения в задаче прогнозирования генерации возобновляемых источников энергии можно применять различные методы предварительной обработки данных, такие как нормализация, определение аномалий и восстановление пропущенных значений, аугментация и кластеризация, корреляционный анализ. Принято решение о необходимости разработки методов предварительной обработки данных , направленных на оптимизацию и общее повышение эффективности моделей машинного обучения для прогнозирования генерации возобновляемых источников энергии. Ведение исследований в данном направлении при учете всех перечисленных проблем имеет высокую значимость для реализации программ по интеграции возобновляемых источников энергии в электроэнергетическую систему и развития в области безуглеродной энергетики.

Целью исследований явилась разработка мероприятий, направленных на повышение эффективности функционирования энергосистем, в частности за счет повышения пропускной способности электропередач. Для решения указанной задачи использовалась FACTS-технология на основе фазоповоротного трансформатора. Исследование эффективности фазоповоротного трансформатора для повышения пропускной способности межсистемной электропередачи проводилось путем определения максимально допустимых перетоков сечения Объединенная энергосистема Урала – Объединенная энергосистема Сибири. В исследуемое сечение входили электропередачи 500 кВ и протяженный транзит 220 кВ Нижневартовская ГРЭС – Томская. Расчеты выполнялись для нормальной и различных послеаварийных схем с использованием программного комплекса RastrWin3. При исследованиях учитывались регулирование отпаек фазоповоротного трансформатора и направление перетока мощности в сечении. Показано, что для рассматриваемого сечения применение фазоповоротного трансформатора обеспечило работу транзита 220 кВ в замкнутом режиме, что повысило надежность электроснабжения региона, позволило увеличить максимально допустимый переток на 35…71%. Кроме того, выполнены аналогичные расчеты для варианта усиления транзита 220 кВ путем строительства параллельной линии 500 кВ. Согласно проведенным исследованиям установлено, что эффект повышения пропускной способности этого варианта составил 20…35%. Выявлено, что определяющим фактором, ограничивающим максимально допустимые перетоки в сечении при замыкании транзита 220 кВ в обычном и усиленном вариантах, является токовая перегрузка головных участков. По результатам проведенных исследований даны рекомендации по предпочтительному использованию разомкнутого режима транзита. Таким образом, для повышения эффективности функционирования энергосистем предложено повышение пропускной способности электропередач на основе применения фазоповоротного трансформатора и определен сегмент Единой национальной энергосистемы России, где их использование технологически целесообразно.

Цель – провести обзор литературных источников с целью поиска технологии, применимой на практике для производства катодного цинка из сложного по химическому составу техногенного хлорсодержащего сырья, в частности, из пыли электродуговой плавки. На основе литературного обзора опубликованных данных исследований российских и зарубежных ученых проведен поиск методов очистки технологических растворов с высокой концентрацией хлорид-ионов, полученных в результате гидрометаллургической обработки техногенных пылей электродуговой плавки. Показано, что большинство способов очистки имеют существенные ограничения, основные из которых: строгие требования к кислотности обрабатываемого раствора, недостаточная эффективность процесса обработки, вторичное загрязнение среды освобождаемыми хлорид-ионами и высокая стоимость реагентов или оборудования. По результатам анализа опубликованных данных описаны как способы снижения содержания хлора в исходной пыли, поступающей на переработку, так и методы дехлорирования технологических растворов, основанные на принципах осаждения, ионного обмена, сорбции и окисления. Дополнительно обобщены опубликованные данные и проанализированы экспериментальные результаты по удалению хлора из технологических стоков и растворов различной природы. В результате проведенного анализа литературных источников проведено сравнение применяющихся на промышленных предприятиях и недавно изученных лабораторных методов дехлорирования растворов с точки зрения доступности их для внедрения, экономической эффективности и степени удаления хлорид-ионов. Как результат, недостатки существующих процессов переработки техногенного хлорсодержащего сырья электродуговой плавки может решить разработка крупномасштабных, устойчивых и недорогих гибридных технологий, базирующихся на принципах экстракции, ионного обмена и осаждения.

Цель – провести исследования в области гидрометаллургического рафинирования металлургического кремния. Объектом исследований явился металлургический кремний после окислительного рафинирования с АО «Кремний» компании «РУСАЛ» (г. Шелехов Иркутской обл., Россия). Химический состав образцов был изучен рентгенофлуоресцентным методом анализа и рентгеноспектральным микроанализом. По данным элементного анализа в металлургическом кремнии содержатся, % масс.: Al – 0,53, Fe – 0,6094, Ti – 0,0491, Ca – 0,0628, V– 0,0066, Cr – 0,002, Mn – 0,014, Cu – 0,003, P – 0,010, Ba – 0,007, Ni – 0,007, Zn – 0,002. Показано, что в исследуемых образцах присутствуют интерметаллиды следующего состава: AlFeSi2 (c примесью Ca), FeSi2 (с примесью Al), FeSi2Ti (c примесью Zr). Нами в качестве растворителей для очистки кремния от примесей были выбраны 10%-ые H2SO2, HCl, HNO3, а также 4% HF в различных соотношениях. Для изучения возможности протекания реакций взаимодействия интерметаллических соединений с отобранными растворителями были расс читаны значения изменения энергии Гиббса, которые имели отрицательные величины. Экспериментальные работы по выщелачиванию примесей проводились на пробах кремния с частицами крупностью -200 мкм при постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки (температура процесса составляла 600С, соотношение жидкого к твердому было 5:1, продолжительность очистки – 60 мин). Установлено, что при использовании в качестве растворителя смеси серной и плавиковой кислот в соотношении 1:1 достигается наибольшая степень (86, 85%) очистки кремния от суммы примесей. Показано, что при использовании смеси серной и соляной кислот при соотношении 1:3 степень очистки металлургического кремния составляет 41,48%. Таким образом, были определены растворители, с использованием которых можно достичь максимальной очистки кремния от примесных элементов.