Машинобудування

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ АСУ ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ШЛЯХОМ УТОЧНЕННЯ КРИТЕРІЯ ОПТИМАЛЬНОСТІ ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ

H. Hrinchenko — 2023-07-27

У статті проведено аналіз факторів, що впливають на техніко-економічні показники
роботи енергоблоків електростанцій. На основі відхилення фактичних значень параметрів від
оптимально-нормативних та проектних значень визначено коефіцієнти зміни витрати енергії
стосовно витрат первинної енергії, а саме: обумовлений дією внутрішніх факторів;
обумовлений дією зовнішніх факторів; обумовлений недосконалістю устаткування. Їх
чисельне визначення базується на теплових розрахунках окремих елементів енергетичного
обладнання при безперервно змінюваних параметрах, що характеризують перебіг процесів у
цих елементах (температури, тиску, витрати та ін.). Показано, що при одночасному спалюванні
декількох видів палива оптимально-нормативні параметри змінюються в залежності від
кількісного співвідношення видів палив, що спалюються. Визначено сумарне відхилення
витрати палива як сукупність змін у витратах палива, спричинених відхиленням фактичних
значень параметрів від їх проектних величин. Враховано відповідно відхилення витрати
палива за рахунок впливу аналізованих факторів парогенератора, турбіни, механізмів власних
потреб блоку, асортименту палива та пусків, а також впливу зміни режимів роботи, кількості
відпущеної енергії, фактичного асортименту палива, якості експлуатації, а також реальних
умов роботи обладнання та якості проектування та монтажу. Отримано аналітичну залежність
визначення різниці між фактичною замірною витратою палива та фактичною розрахунковою,
яка характеризує величину небалансу. Визначено шляхи подальшого вдосконалення
автоматизованих систем управління тепловими електростанціями, які полягають у зменшенні
витрат палива, тепла та електроенергії на власні потреби. Наведено схему визначення
фактичної розрахункової витрати пального нетто енергоблоком на основі розрахунку окремих
аналізованих факторів, що дозволяє конкретно відповісти на питання: що, як і якою мірою
впливає на загальні техніко-економічні показники енергоблоку. Використання наведених
критеріїв в автоматизованих системах управління окремим обладнанням, енергоблоком та
електростанцією в цілому дозволить підвищити якість систем керування.

МОДЕЛЮВАННЯ УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ

O. Ptashnyi — 2023-07-27

Розглядаються підходи до моделювання багатоопераційного технологічного процесу з
урахуванням взаємного впливу параметрів виробів та технологічних операцій. Вектор стану
виробу при проходженні технологічних операцій визначається набором актуальних
параметрів, кількість та якісний зміст яких може змінюватись від операції до операції.
«Стабілізується» вектор стану введенням «фіктивних» параметрів. Вводиться поняття
вектору та матриці актуальності технологічної операції та поняття проектування вектору
стану на них. Вектор та матриця актуальності технологічної операції зіставляють їй
підпростір у просторі станів. Забезпечити ін’єктивність відображення множини
технологічних операцій на множину векторів актуальності можна введенням додаткових
фіктивних параметрів. Тоді множину векторів актуальності можна розглядати як
підмножину області визначення деякої булевої функції, яка буде відповідати даному
технологічному процесу. Технологічний процес розглядається як переміщення вектору стану
з початкової у кінцеву область простору станів по траєкторії, що належить області переходу.
Розглядаються інтервали значень вхідних та вихідних параметрів. Технологічна операція
характеризується комплексом керуючих параметрів, які визначають режими обробки.
Керуючі можливості операції характеризуються інтервалами варіювання керуючих
параметрів. Вважається відомим зв’язок між векторами стану на вході та виході операцій,
наприклад, у формі рівнянь регресії. Розрізняються власний та зовнішній негативні впливи
технологічної операції на вихідні параметри виробу. Власний вплив операції полягає у
критичній зміні вектора стану, обумовленої зміною керуючого впливу за умови номінальних
вхідних параметрів. Зовнішній вплив технологічної операції полягає у тому, що за умови
знаходження керуючого вектора у номінальній області вихідні параметри виходять за межі
номінальних значень з причини такого ж порушення щодо вхідних параметрів. Вводиться
матриця зовнішнього впливу операції. Вихід вектору стану на якомусь етапі з номінальної
області переходу компенсується змінами параметрів керуючого вектору, що моделюється
мінімізацією елементів матриці зовнішнього впливу з метою наближення її останнього
рядку до нульового.

АНАЛІЗ МЕТРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАННЯ ГІДРАВЛІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ДЛЯ ЗАДАЧ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧОГО КЕРУВАННЯ

G. Kaniuk — 2023-07-27

Вимірювання гідравлічних параметрів технологічних процесів (витрати рідини,
напору та тиску) є одним із способів досягнення енергетичної ефективності в різних
галузях промисловості, у тому числі на теплових, атомних та гідравлічних електростанціях
при автоматизованому керуванні енергоблоками та окремими силовими установками
(насоси, турбіни, теплообмінники та інше). Метою досліджень є аналіз метрологічних
характеристик засобів вимірювання гідравлічних параметрів для завдань
енергозберігаючого керування обладнанням теплових, атомних та гідравлічних
електростанцій та визначення методів та засобів вимірювання, що дозволяють забезпечити
практичну реалізацію принципів енергозберігаючого керування. Серед великої кількості
методів вимірювання витрати особливе місце займають системи вимірювання витрати на
базі змінного перепаду тиску. У статті показані основні напрямки, в рамках яких ведуться
дослідження щодо покращення та підвищення ефективності методів вимірювання витрати
рідини. Проведено аналіз кількісного розподілу методу змінного перепаду тисків та
вимірювальних систем на його основі, розглянуто та проаналізовано ринок розподілу
витратомірних систем. Діяльність показано, частка поширення традиційних технологій
вимірювання витрати займає половину всього парку витратомірних засобів і систем.
Проведено аналіз методів вимірювання витрати рідини та тиску (напору) та визначено
методи, які є найбільш перспективними для застосування у завданнях енергозберігаючого
керування установками електростанцій. Проведено короткий аналіз парку вітчизняних та
зарубіжних витратомірів різного типу, наведено основні метрологічні характеристики
засобів вимірювання. Зроблено висновок щодо доцільності застосування різних типів вимірювальних систем в інформаційно-вимірювальних комплексах автоматизованих
систем керування енергоблоками електростанцій.

АЛГОРИТМИ РЕГУЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ В ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ

S. Artiukh — 2023-07-27

В статті розглянуто можливість розроблення алгоритмів адаптації систем регулювання
параметрів технологічної установки на основі нейро-мережевого підходу та проектування
даної системи регулювання на основі сучасних засобів автоматичного управління. Розробка
алгоритмів та програмно-апаратних засобів автоматичного регулювання енергетичними
установками у реальному часі виконувалась на основі реалізації наступних задач: розробки
структури автоматичної системи та структури системи регулювання; здійснення програмноапаратної реалізації системи регулювання, а саме реалізації структури програмного
забезпечення та програмної реалізації пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора.
Реалізовано систему адаптивного навчання нейронної мережі.
Для розв’язання поставлених задач використовувались методи: нейро-мережевого
підходу до вирішення проблем пошуку оптимальних параметрів регулятора технологічного
процесу в енергетичних установках; об’єктно-орієнтованого програмування для реалізації
системи управління. Для пошуку параметрів пропорційно-інтегрально-диференціального
регулятора пропонується застосувати нейро-мережевий підхід, під час якого нейронна
мережа вбудовується в систему регулювання. Пропорційно-інтегрально-диференціального
регулятор має найбільш широкі можливості по доданню системі регулювання необхідних
властивостей. Він застосовується в тих випадках, коли необхідно отримати якісну систему
автоматичного регулювання без великих витрат на проведення досліджень по синтезу більш
складного закону регулювання.
Спираючись на результати досліджень проведено аналіз технологічного процесу, що
протікає в паровому котлі, узагальнення алгоритмів управління параметрами, підбір апарату
штучних нейронних мереж для розрахунку коефіцієнтів пропорційно-інтегральнодиференціального регулятора.

ОЦІНКА ВПЛИВУ ЕФЕКТИВНОСТІ ПЕРЕТВОРЮВАННЯ ТЕПЛОТИ В РЕГЕНЕРАТИВНІЙ СИСТЕМІ ТУРБОУСТАНОВОК ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ НА ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ЇХ РОБОТИ

Y. Kramarenko — 2023-07-27

У статті наведено удосконалений метод розрахунку параметрів теплової частини
парових паро, який дає можливість оперативно з достатньою точністю оцінювати зміну
ефективності перетворювання теплоти в турбоустановці в залежності від зміни режиму
роботи або зміни в конструкціях окремих елементів схеми. Удосконалення дозволяє значно
зменшити обсяг розрахункових операцій з визначення елемента, в якому сталося відхилення
від розрахункового режиму роботи та втрата внаслідок цього. Суть удосконалення полягає в
тому, що турбоустановка поділяється на окремі регенеративні ступені, кількість яких
визначається числом регенеративних відборів. При цьому регенеративна ступінь складається
з ряду послідовно (по ходу пари) включених елементів. Наведено рівняння теплового
балансу при послідовності протікання технологічного процесу у регенеративній ступені, а
також рівняння теплового балансу з урахуванням того, що в елементах регенеративної
ступеня теплота витрачається не однаково для проточної частини, камери та паропроводу
відбору, регенеративного підігрівача та дренажної системи. Наведено систему рівнянь, яка
описує відносні величини розподілу потоків теплоти у кожному елементі регенеративної
ступені. Отримані критерії, що характеризують ефективність перетворювання теплоти в
елементах регенеративної ступеня та визначають якісні показники роботи турбіни, а саме:
коефіцієнт корисної дії перетворювання теплоти у роботу, коефіцієнт втрат енергії в
елементах регенеративної ступеня, коефіцієнти повертання теплоти. Удосконалено методику
визначення збільшення витрати енергії в результаті технологічної відмови (часткової чи
повної) шляхом порівняння фактичної витрати теплоти з еталонною. Наведено рівняння
визначення внутрішнього коефіцієнта корисної дії турбоустановки з метою оцінки впливу
змін у регенеративній мірі на роботу турбоустановки. Удосконалена методика дозволяє
аналізувати стан елементів турбінних установок електростанцій як при експлуатації, так і
при виборі оптимальних варіантів модернізації та в залежності від цього приймати міри з
усунення технологічних відмов в енергоблоці та покращити показники якості роботи
енергоблоків, а саме показники надійності та енергоефективності.

АНАЛІЗ СИЛ РІЗАННЯ ПРИ ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНОМУ ШЛІФУВАННІ ЗІ ЗМІННОЮ ПОЛЯРНІСТЮ ЕЛЕКТРОДІВ

R. Strelchuk — 2023-07-27

Запропоновано методику розрахунку складових сили різання при електроерозійному
шліфуванні зі змінною полярністю електродів, що сприяє вибору оптимальних режимів
обробки за один установ поверхонь деталей машин. Наведено приклад розрахунку за даною
методикою складових сили різання при плоскому врізному шліфуванні. Нормальну складову
сили різання при цьому розраховують не тільки на торці, а й на периферії круга, враховуючи
вплив різальних та деформуючих кромок. Проведено аналіз існуючих математичних
залежностей для визначення сили різання при плоскому алмазному врізному шліфуванні.
Значення сили різання, що діє при шліфуванні, є найважливішою характеристикою процесу
обробки. Від неї залежать умови роботи верстата, інструменту та рівень точності деталі, що
отримується. Розроблена методику визначення складових сили різання при шліфуванні
враховує вплив не тільки різальних зерен, а й деформуючих, де сумарні нормальна та
тангенціальна складові сили різання діють уздовж лінії контакту як на периферії, так і на торці
шліфувального круга. Товщину шару, що зрізається, розрахована за умови рівності обсягів
підведеного і зрізуваного матеріалу, враховуючи податливість системи і переривчастість
електричних разрядів за рахунок зміни полярностя електродів. На базі розробленої методики
виконано розрахунок складових сили різання при електроерозійному шліфуванні зі змінною
полярністю електродів. Чорнове шліфування здійснювали торцем круга, напівчистове –
перехідною радіусною кромкою, а чистове шліфування та калібрування – розвантаженою
ділянкою периферії круга, що забезпечує його високу стійкість. Нормальна складова сили
різання, яка має максимальне значення на торці круга, практично не впливає на точність
формоутворення деталі, оскільки вона розташована паралельно до її осі. Дану методику можна
використовувати для різних видів шліфування, а також для дослідження теплонапруженості
процесу, оптимізації та продуктивності механічної обробки.

АНАЛІЗ ЯКІСНИХ ПОКАЗНИКІВ ВИКОРИСТАННЯ РІЗНИХ ТИПІВ ГЕНЕРАТОРІВ НА МІНІ ГЕС

A. Mezerya — 2023-07-27

У статті наведено результати аналізу якісних показників (аналіз техніко-економічних
показників) використання різних типів генераторів на гідроелектростанціях малої
потужності (до 800 кВт). Показано енергетичний потенціал малих та міні ГЕС України на
малих річках та використання водотоків систем технічного водопостачання, а також
першочерговий економічно доцільний та екологічно безпечний потенціал. Проведено аналіз
техніко-економічних характеристик синхронних електродвигунів, асинхронних
електродвигунів та електродвигунів постійного струму, що використовуються як генератори
на ГЕС малої потужності. До таких показників відносяться: вартісні характеристики
відповідного обладнання у розрізі встановленої потужності, масогабаритні показники та
термін окупності при повноцінній роботі ГЕС (число годин використання встановленої
потужності не менше 4000). Встановлено, що використання асинхронних електродвигунів з
ємнісним збудженням як генератор є найбільш перспективним рішенням, так як
підвищується стійкість роботи електроприводів механізмів і підвищується якість енергії,
вирівнюється несиметрія лінійних і фазних напруг, не вносяться спотворень у форму кривої
лінійних і фазних напруг, складних автоматичних систем синхронізації, не потрібний захист
від коротких замикань, підвищується надійність експлуатації ГЕС. Встановлено, що
недостатньо вивченим питанням у цьому напрямі можна віднести фізичні процеси
самозбудження асинхронного генератора та процес самозбудження. Визначено недоліки
використання різних типів генераторів та методи їх усунення. При розрахунку вартості
генераторів було проведено аналіз вартісних показників обладнання основних провідних
виробників України та низки зарубіжних фірм. Ціни на генератори визначалися шляхом
знаходження середнього значення різних типів генераторів від різних виробників. Наведено
результати аналізу техніко-економічних характеристик різних типів генераторів, залежно від
потужності. Показано критичну потужність, що визначає оптимальність вибору з точки зору
економіки. Ціни на генератори визначалися шляхом знаходження середнього значення
різних типів генераторів від різних виробників. Наведено результати аналізу технікоекономічних характеристик різних типів генераторів, залежно від потужності. Показано
критичну потужність, що визначає оптимальність вибору з точки зору економіки. Ціни на
генератори визначалися шляхом знаходження середнього значення різних типів генераторів
від різних виробників. Наведено результати аналізу техніко-економічних характеристик
різних типів генераторів, залежно від потужності. Показано критичну потужність, що
визначає оптимальність вибору з точки зору економіки.

ПІДВИЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ ОБЛАДНАННЯ КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК ТЕПЛОЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ШЛЯХОМ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ВИМІРЮВАНЬ ЇХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ

G. Kaniuk — 2023-07-27

У статті розглядається можливість підвищення експлуатаційної надійності та
ефективності роботи теплових електростанцій для сталого розвитку сучасної вітчизняної
енергетики та її безпечної експлуатації шляхом забезпечення якісних вимірів основних
технологічних параметрів роботи відповідального обладнання – котельних установок.
Проаналізовано значення теплових електростанцій у процесі стабільного розвитку
енергетики, їх вплив на навколишнє середовище та необхідність зниження викидів шляхом
застосування надійних та енергоефективних заходів. Для покращення якості вимірювань
технологічних параметрів у котельних установках пропонується застосування
високотемпературних плівкових термопар, які використовуються у вимірюванні високих
температур в ракетній, авіаційній техніці і металургії, для вимірювання температур
теплоносія в тракті парового котла, а також термометрування поверхні екранних труб котлів.
Визначено особливості вимірювальних схем із високотемпературними плівковими
термопарами для підвищення експлуатаційної надійності та ефективності роботи котельних
установок теплоелектростанцій. В умовах тракту котельної установки конструктивно
неможливо винести місце приєднання компенсаційних проводів до зони порівняно помірних
температур, тому для усунення зазначеного недоліку були використані комбіновані
компенсаційні дротяні термоелектроди, які за допомогою апаратного налаштування мають у
діапазонах температур спостережень градуювальні характеристики, близькі до
характеристик плівкових електродів. Для вибраних високотемпературних термопар із
матеріалів Au65Pd35 - Pt90Rh10 були застосовані стандартні термоелектроди із алюмелі і
копелі для негативної гілки (Au65Pd35) та хромелі й алюмелі для позитивної гілка (Pt90Rh10).

Для апробації запропонованого технічного рішення були проведені експериментальні
налаштування компенсаційних комбінованих термоелектродів, що використовуються у
вимірювальних ланцюгах із високотемпературними плівковими термопарами, які
проводились на котлі ТПП-312 Зміївської ТЕС. Результати досліджень можуть бути
використані для котельних установок теплоелектростанцій, а також і для парогенераторів
атомних електростанцій.

ОЦІНКА ВПЛИВУ НЕВПОРЯДКОВАНОСТІ ІНФОРМАЦІЇ НА ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО КЕРУВАННЯ

A. Mezerya — 2023-07-27

Проведено аналіз впливу невпорядкованості інформації на показники якості
(економічність та ефективність) систем автоматизованого керування енергоблоками
електростанцій. Автоматизовані системи керування електростанцією, як і будь-якого
складного об'єкта, розглядаються в роботі з позицій макропідходу як єдиний комплекс
інформаційно взаємопов'язаних елементів, а ступінь ефективності автоматизованих систем
керування розглядається з позиції статистичної фізики. Кількість інформації визначається
згідно з існуючої теорії інформації, де міра невизначеності співпадає з поняттям
термодинамічної ентропії. Встановлена залежність ефективності системи від
невпорядкованості, та показано, що при збільшені невпорядкованості ефективність системи
знижується. Визначено причини появи невпорядкованості інформації, до яких відноситься
неузгодженість потоків інформації, простій агрегатів, несвоєчасне надходження інформації та
інше. Визначено залежності ускладнення системи керування на приріст ефективності та строк
окупності додаткових капіталовкладень, який обернено залежить від невпорядкованості
інформації. Визначена залежність вартості системи керування від ефективності керуючого
комплексу. Встановлено, шо на окремих рівнях керування необхідно прагнути к рівномірному
рівня автоматизації, оскільки цей рівень характеризується однаковим строком окупності й
однаковою величиною невпорядкованості. Показано, що ієрархічна структура керування в
галузевому масштабі з передачею у вищі рівні меншого обсягу та більш загальну інформацію
повністю себе виправдовує. Встановлено, що збільшення інформації системи керування не
повинна перевищувати відомого, економічно доцільного рівня; не слід надмірно ускладнювати
алгоритми керування; економічно доцільно залишати в керованому комплексі частку
неупорядкованості (шуму) тим більшу, чим складніший процес керування даним комплексом;
після досягнення верхнього економічно доцільного рівня автоматичного керування, тобто
найбільшого економічно виправданого терміну окупності і, отже, вичерпання резервів, стає
особливо актуальним перехід до нової, більш продуктивної технології АСК ТП, що забезпечує
підвищене значення ефективності.

ДІАГНОСТИКА І ПРОГНОЗУВАННЯ ЗНОСУ РІЗАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТА ПРИ ОБРОБЦІ НА ВЕРСТАТАХ З ЧПК

M. Bryniuk — 2023-07-27

У статті розглядається один із варіантів вирішення одні з найважливіших проблем
обробки матеріалів різанням – прогнозування ресурсу різального лезового інструменту та
розробки на цій основі нового методу діагностування його технічного стану, що й запобігло
актуальності представленого у статті матеріалу. При цьому під ресурсом розуміється період
стійкості інструменту між переточуванням, тому що тривалість експлуатації інструменту, що
не вимагає перезаточування, найбільш просто піддається автоматичному контролю.
Метою досліджень, результати яких викладені в цій статті, є створення методу
прогнозування ресурсу різального інструменту, що ґрунтується на безперервному контролі в
процесі різання величини тиску звуку, що супроводжує обробку різанням.
У процесі досліджень було використано методи: системного аналізу, теорії різання,
теорії коливань та ідентифікації, що виконується методом випадкового пошуку. Розглянуто
динамічну поведінку металообробної технологічної системи при зношуванні ріжучого
інструменту.
В результаті проведених досліджень розроблено метод прогнозування ресурсу
ріжучого інструменту, що ґрунтується на ідентифікації параметрів прогнозної моделі за
результатами безперервного контролю сигналів віброакустичної емісії (ВАЕ) за величиною,
що супроводжує процес різання. Причому модель складена таким чином, що шуканий ресурс
включений до її математичної структури, що дозволяє виключити використання під час
прогнозування статистично ненадійних критеріальних параметрів, що описують граничний
стан інструменту.
Розроблено модель прогнозування технічного стану технологічної системи, що
дозволяє оцінювати ресурс як інструменту, і технологічної системи загалом. Знання ресурсу
технологічної системи забезпечує перехід до адаптивного управління її функціонуванням і
виключає цим непередбачені зупинки заміну інструменту, ремонт верстата і зводить до
мінімуму ризик появи браку обробленої деталі. Розроблений автоматизований прогнознодіагностичний комплекс забезпечує використання запропонованої прогнозної моделі у
практику обробки широкого кола матеріалів, що у результаті вирішує важливе науковопрактичне завдання підвищення ефективності процесу різання.