Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

предметами или, например, обрыва болтов крепления деталей в роторе [4]. Выброс представляет скачкообразное увеличение уровня вибрации с последующим возвращением к исходному уровню. Чаще всего такое поведение наблюдается при неисправности виброаппаратуры, что выявляется ее проверкой. Возможной причиной также может быть наличие дефекта в двигателе, когда при определенном сочетании теплового состояния и нагруженности ротора с режимом работы ГТУ возникает раскрытие стыков сопрягаемых деталей вследствие недостаточной затяжки или потери натяга. В этом случае происходит резное изменение жесткости узла и неуравновешенности ротора. Однако при снижении нагрузки или изменении

режима работы установки это явление пропадает [4].

Появление повышенного разброса параметра вибрации может бьггь связано с нестабильностью возмущающих сил, изменениями параметров (например, диссипативных) колебательной системы ГТУ или с изменением характера влияния на вибрацию внешних эксплуатационных факторов. Разброс, тренд и скачки параметров вибрации характерны и для исправных газотурбинных установок [4].

Алгоритмы вибрационной диагностики ГТУ по парамерам вибрации разделяются следующие группы [4]:

-диагностирование состояния ГТУ но параметрам вибрации в процессе эксплуатации;

-определение состояния ГТУ в процессе доводки эксплуатируемых установок;

-обработка и анализ вибросигналов в целях измерения диагностических параметров.

Литература

1.Найденов А.В. Методы диагностирования и прогнозирования технического состояния газотурбинных установок. – Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе : мат. рег. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов / отв. ред. А. Л. Портнягин. – Тюмень : ТюмГНГУ,

2012. – 280 с.

2.Найденов А.В. Параметрическое диагностирование технического состояния газотурбинной установки. – Новые технологии – нефтегазовому региону : материалы Всероссийской научно-практической конференции. Т. II. — Тюмень : ТюмГНГУ, 2013. — 372 с.

3.Урьев Е.В. Основы надежности и технической диагностики турбомашин: Учебное пособие. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 1996. 71 с.

4.www.avid.ru/upload/pages/3198/3-4- Kontrol_i_diagnostika_po_parametram_vibracii_GTD.pdf

71

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ ГАЗОВЫХ РАЗРЯДНИКОВ УСКОРИТЕЛЯ ТЕМП-4М

Пак В.Г., Хайлов И.П.

ФГБОУ НИ ТПУ «Томский Политехнический университет», г. Томск e-mail: [e-mail]

Радиационно-пучковое модифицирование металлических изделий мощными ионными пучками (МИП) обеспечивает высокие скорости нагрева и последующего охлаждения их приповерхностного слоя, превышающие 107-109 К/с. Давление в области поглощения МИП достигает 108- 1010 Па. При этом образуются твердые растворы и вторичные фазы, не характерные для равновесной диаграммы фазовых состояний. Сочетание высокого пресыщения твердого раствора, дисперсного, структурного и субструктурного строения создает уникальные эффекты повышения поверхностной прочности, износостойкости и улучшения других свойств материалов [1]. Данный метод имеет более широкие возможности модификации структуры и свойств приповерхностного слоя по сравнению с термической обработкой, поверхностным пластическим деформированием и др.

Наиболее важными параметрами генератора МИП, определяющие возможность его технологического применения, являются ресурс непрерывной работы и стабильность параметров в серии импульсов. В работе [2] выполнен обзор работ по стабильности плотности ионного тока в серии импульсов для диодов разной конструкции. Выполненные нами исследования [3] показали высокую корреляцию плотности энергии и полной энергии МИП, формируемого диодом с магнитной самоизоляцией в двухимпульсном режиме, с величиной полного заряда, переносимого в диоде в течение генерации МИП. Для всех исследованных диодов, зависимость полной энергии пучка от полного заряда описывается соотношением E = - 35+22Qd при стандартной девиации экспериментальных данных от расчетных не более 10%. Выполненные исследования показали наиболее сильную зависимость полного заряда от длительности первого импульса напряжения. Коэффициент детерминации составил 0.8 для спирального диода и 0.9 для остальных диодов. Вклад других факторов в нестабильность полного заряда незначителен.

Исследования проведены на ускорителе ТЕМП-4М [4] в режиме формирования двух импульсов – первый (плазмообразующий) отрицательный (400-500 ns, 100-200 kV) и второй (генерирующий) положительный (150 ns, 250-300 kV). Генератор наносекундных импульсов ускорителя выполнен в виде коаксиальной двойной формирующей линии (ДФЛ), содержит основной и предварительный газовые неуправляемые разрядники с азотом в качестве рабочего газа. При зарядке ДФЛ при достижении на предразряднике пробивного напряжения он срабатывает и происходит за-

72

рядка емкости между внутренним и средним электродами ДФЛ. Зарядка происходит через предразрядник и диод. При этом формируется первый импульс. Пробивное напряжение основного разрядника выше, чем у предразрядника, и его пробой происходит через паузу, контролируемую давлением газа в основном разряднике. После срабатывания основного разрядника генерируется второй импульс напряжения положительной полярности. Поэтому стабильность длительности первого импульса напряжения в серии определяется стабильностью работы предварительного и основного разрядников. На рисунке 1 приведены результаты исследования стабильности работы разрядников.

Рис. 1. Изменение напряжения пробоя основного (1) и предварительного (2) разрядников в серии 50 импульсов с интервалом 10 сек.

В таблице 1 приведены данные исследования стабильности напряжения пробоя предварительного (U1) и основного (U2) разрядников. Выборка для каждой серии составляет 50 импульсов.

Таблица 1. Статистический анализ работы разрядников

Параметр	Серия 1	Серия 2	Серия 3		Серия 4
U1, kV	204 ± 1.9%	212 ± 1.9%	202	± 1.4%	190 ± 1.7%
U2, kV	257 ± 3.9%	268 ± 3.4%	263	± 4%	267 ± 3.3%
T, ns	466 ± 4.8%	472 ± 7.4%	485	± 9%	500 ± 7.4%

Стандартная девиация напряжения пробоя основного разрядника превышает стандартную девиацию напряжения пробоя предразрядника в 2-3 раза. Поэтому нестабильность работы основного разрядника определяет разброс значений полной энергии МИП. Для повышения стабильности

73

напряжения пробоя основного разрядника на потенциальном электроде были выполнены концентрические канавки, см. рисунок 2а.

Рис. 2. Электрод основного разрядника c канавками (а) и киритовой вставкой (б) после испытаний

Результаты исследования стабильности работы основного разрядника представлены в таблице 2.

Таблица 2. Статистический анализ работы основного разрядника

Параметр	Серия 1	Серия 2	Серия 3	Серия 4	Серия 5
U2, kV	259 ± 2.4%	259 ± 2.2%	258 ± 2.4%	260 ± 2.5%	256±4.4%

Разрядник с новым электродом работал более стабильно. Но выполненные исследования показали, что после 200 импульсов стандартная девиация напряжения пробоя увеличилась с 2.5 % до 7-10%.

Для увеличения стабильности пробоя и ресурса основного разрядника мы поставили киритовые вставки (сплав вольфрама с медью) диаметром 52 мм в электроды, см. рисунок 2б. Произведено 7 серий импульсов (50 импульсов в серии). Часть данных представлено в таблице 3.

Таблица 3. Статистический анализ работы основного разрядника

Параметр	Серия 1	Серия 2	Серия 3	Серия 4	Серия 5
U1, kV	246 ± 6.3%	273 ± 2.5%	256 ± 6.1%	256 ± 5.1%	204 ± 6.6%

Использование материала с высокой стойкостью к эрозии не увеличило стабильность работы основного разрядника. Большой коммутируемый ток, превышающий 40 кА (см. рис. 3) вызывает сильную эрозию электродов. Полный заряд, переносимый в разряднике, превышал 3.5 мКл.

74

Рис. 3. Осциллограммы тока коммутации (1) и напряжения пробоя

(2) основного разрядника. Фотография поверхности потенциального электрода основного разрядника

Выполненные исследования показали, что изменение конструкции электродов основного разрядника не позволяет существенно повысить стабильность его работы. При пробое основного разрядника в области катодного пятна формируются капли расплавленного материала, которые оседают на поверхности, см. рисунок 3. Формируемые при этом микроострия снижают электрическую прочность разрядного промежутка и вызывают значительный разброс напряжения пробоя в серии импульсов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-08-00118-а

Литература

1.Быстрицкий В.М., Диденко А.Н. Мощные ионные пучки. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.

2.Pushkarev A.I., Isakova Yu.I., Khailov I.P. Shot-to-shot reproducibility of a self-magnetically insulated ion diode // Review of Scientific Instruments, 83 (7), 073309 (2012)

3.Isakova Y.I., Pushkarev A.I., Khaylov I.P. Statistical analysis of the ion beam production in a self magneticaly insulated diode // Physics of plasmas 20 (9), 093105 (2013)

4.. Pushkarev A.I., Isakova Yu.I. A gigawatt power pulsed ion beam generator for industrial application // Surface and Coatings Technology Vol. 228, Supplement 1, 2013, Pages S382–S384.

75

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ДОКАЗАТЕЛЬСТВУ ГИПОТЕЗЫ О ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ МЕЖДУ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ПО НАГРУЗКЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ СИСТЕМЫ ПРОВОД-ВОЗДУХ

Дмитрий Евгеньевич Титов; г. Камышин КТИ (филиал) ВолгГТУ e-mail: [e-mail]

Геннадий Григорьевич Угаров; г. Саратов СГТУ им. Гагарина Ю.А.

Была выдвинута гипотеза, что интенсивность образования отложений

по нагрузке VP	на обесточенном проводе при отсутствии ветра имеет
функциональную связь с пов , a и i .
	VPt			dP		F a t	, i t , пов t			,	(1)
				dt
		0 1				0 1	0 1		0 1
где VPt	– мгновенная					интенсивность		нарастания			отложений по
0 1

нагрузке в момент времени t0 1 [кг/с];

a t0 1 - точка росы в момент времени t0 1 [°С];

i t0 1 - точка десублимации в момент времени t0 1 [°С] [1];

пов t	- температура поверхности провода в момент времени t0 1 [°С].
0 1
Вид	зависимости интенсивности образования отложений от
a , i , пов	определялся опытным путем в климатической камере (рис.1).

Рис.1. Общий вид климатической камеры 1 – образец провода; 2 – корпус камеры; 3 – охлаждающий радиатор;

4 – весы; 5 – держатель; 6 – светодиодные светильники; 7 – блок питания; 8 – влагоиспарители ультразвуковые; 9 – гофрированные трубки; 10 – лед; 11 – датчик температуры провода (накладной PR25); 12 – высокоточный микропроцессорный датчик температуры и влажности воздуха ДВТ-02М; 13, 14 – дисплеи для визуализации результатов замеров датчиков

76

У испытуемого образца голого жильного алюминиевого провода замеряются размеры и вес. Камера закрывается, включается охлаждение. Замеры пов , RH , в и веса образца провода с отложениями проводились дис-

кретно через равные интервалы времени (раз в 10 мин). После каждого замера по замеренным RH и в рассчитывались a и i , по замеренному весу

провода с отложениями рассчитывался вес отложений. Результаты расчета в одном из экспериментов представлены на графиках (рис.2). Период времени, в течение которого по расчетам a и i должны образовываться отло-

жения, совпадает с временем нарастания веса отложений. На рис.3 изоб-

t			t
ражены графики изменения по времени 1	a t0 1 пов t0 1	dt и	1	i t0 1 пов t0 1	dt
t0			t0

нарастающим итогом и их суммы.

Рис.2. График изменения температуры провода, точки росы и точки десублимации и график изменения веса отложений на проводе в ходе экс-

перимента

t

Рис.3. Графики изменения по времени 1 a t0 1 пов t0 1 dt и

t0

77

t

1 i t0 1 пов t0 1 dt нарастающим итогом и их суммы.

t0

	t
Рис.4. Наложение графиков изменения 1		a t0 1	i t0 1	2 пов t0 1 dt и веса
	t0
отложений на проводе
Если наложить график изменения	t1	i t0 1	2 пов	t0 1 dt	нарастающим
	a t0 1
	t0

итогом и график изменения веса отложений на проводе (рис.4), то становится очевидным, что максимальная возможная масса отложений на проводе прямо пропорциональна разности линейных интегралов функций из-

менения a , i	и пов по времени.
	d Pt	Pt		t1	dt .	(2)
	1	0		a t0 1 i t0 1 2 пов t0 1

dl t0

Следовательно, интенсивность образования отложений по нагрузке при конденсации имеет линейную зависимость от разницы точки росы и температуры поверхности провода:

	VP	a пов ,		(3)
	0	0.9
V	– интенсивность нарастания отложений плотностью		0	= 900 кг/м3
P	0.9
0

по нагрузке при конденсации [кг/с].

Интенсивность образования отложений по нагрузке при десублимации имеет линейную зависимость от разницы точки десублимации и температуры поверхности провода:

	VP	i пов ,	(4)
	0	0.05
где VP	– интенсивность нарастания отложений плотностью		0 = 50
0	0.05
кг/м3 по нагрузке при десублимации [кг/с].
Интенсивность образования отложений по нагрузке при сочетании де-
сублимации и конденсации:
	VP	a i 2 пов ,	(5)
	0 0.5
		78

VP 0 0.5 – интенсивность нарастания отложений плотностью 0 = 500 кг/м3

по нагрузке при совместном протекании конденсации и десублимации

[кг/с].

Литература

1.Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation / World Meteorological Organization, Seventh edition, 2008. – 681с. — ISBN 978-92-63-100085

НАХОЖДЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЛЭП С ПРИМЕНЕНИЕМ РАДИОСВЯЗИ

Уткина Н. Ю.

г. Тобольск, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» филиал «Тобольский индустриальный институт»

e-mail: [e-mail]

Связанные между собой отдельные элементы составляют электрические сети. К ним следует отнести кабельные и воздушные линии, трансформаторы, щиты управления, распределительные устройства, вводы, различные токоприемники и электродвигатели.

Атмосферные и коммутационные перенапряжения, сильный ветер, вибрация, гололед и др. - все это причины повреждений воздушных линий. Изложенные выше причины приводят к различным повреждениям, таким как короткие замыкания между проводами и на землю, а так же обрывам проводов.

Так как виды повреждений и условия работы электрических сетей разнообразны, то получить универсальный метод достаточно сложно. но нужно отметить, что необходимо определять повреждения в сверхмощных и сверхдальних линиях, так и в проводках малой мощности при небольшом расстоянии.

Для разного типа линий и сетей, а также видов повреждения к методам и устройствам определения места повреждения предъявляются различные требования, обусловленные технико-экономическими факторами. Удовлетворить эти требования удается только при условии рассмотрения совокупности методов и средств определения места повреждения как системы с единой структурой для всех типов линий и сетей при любом характере повреждений.

79

Определение повре-

Прожигание изоляции

Дистанционное определение места повреждения

Топографическое определение места повреждения

Рис. 1. Структурная схема системы определения места повре-

ждения в электрических сетях

Структурная схема приведена на рисунке 1. Система определения места повреждения включает четыре последовательные операции: определение поврежденного элемента; прожигании изоляции в месте повреждения; дистанционное определение места повреждения; топографическое (трассовое) определение места повреждения.

Выделение поврежденного элемента во многих случаях осуществляется автоматически при срабатывании селективной релейной защиты. Если при срабатывании релейной защиты автоматически выделяется (отключается) группа элементов, то выделение поврежденного элемента входит в систему определения места повреждения.

Вторая операция системы определения места повреждения – прожигание. По существу это подготовительная операция, обеспечивающая возможность использования совокупности методов определения места повреждения.

Общим требованиям к определению места повреждения всех типов и классов линий электропередачи являются быстрота и точность. Наиболее быстро можно произвести дистанционное определение места повреждения, заключающееся в изменении расстояния до места повреждения от конца или концов линий. Однако любое дистанционное определение места повреждения обладает ограниченной точностью.

Дистанционное определение места повреждения позволяет быстро указать фактически не место повреждения, а зону его расположения. Требованию точности дистанционное определение места повреждения может удовлетворять лишь на очень коротких линиях (менее 100 м). для подавляющего большинства длин кабельных линий необходим еще один метод определения места повреждения – топографический (трассовый).

Топографическое определение места повреждения – это определение искомого места на тросе, то есть топографической точки расположении

80