Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКА – ОБРАЗОВАНИЮ, ПРОИЗВОДСТВУ, ЭКОНОМИКЕ Материалы 14-й Международной научно-технической конференции (69-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов БНТУ) В 4 томах Том 1 Минск БНТУ 2016 УДК 001:[37+658+338](063) ББК 72я431 Н34        Редакционная коллегия: Б.М. Хрусталев – академик НАН Беларуси, д-р техн. наук, профессор; Ф.А. Романюк – чл.-корр. НАН Беларуси, д-р техн. наук, профессор; А.С. Калиниченко – д-р техн. наук             В сборнике представлены материалы 14-й Международной научно- технической конференции «Наука – образованию, производству, экономике» (69-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов БНТУ), тематика которых посвящена актуальным проблемам современной науки.                     ISBN 978-985-550-918-0 (Т.1) © Белорусский национальный ISBN 978-985-550-922-7 технический университет, 2016 Технические и прикладные науки Электроэнергетика УДК 621.316.925 Моделирование вторичных цепей дифференциальных защит в среде Simulink Matlab Артёменко К.И. Белорусский национальный технический университет Современные микропроцессорные дифференциальные защиты фильт- руют сигнал от токовых цепей измерительных трансформаторов перед их подачей в аналого-цифровой преобразователь. Из всего многообразия сиг- налов остаётся только основная гармоника – на неё и реагирует защита. В ходе моделирования поведения дифференциальной защиты получен гар- монический состав токов в её цепях. В таблице 1 представлены значения токов основной гармоники (50 Гц) трёх характерных для защиты режимов – внутреннего короткого замыкания, внешнего короткого замыкания и броска тока намагничивания. Таблица 1 – Амплитуды токов во вторичных цепях дифзащиты Вид ненормального режима Ток фазы А, А Ток фазы В, А Ток фазы С, А Бросок тока намагничивания 9,94 10,73 4,36 Внешнее КЗ 28,15 17,32 34,99 Внутреннее КЗ 89,31 99,02 78,4 Если сравнить наибольший ток внешнего короткого замыкания и наи- меньший ток внутреннего, то последний всё равно будет больше первого в 2,25 раза. Таким образом, правильный и грамотный выбор тока срабатыва- ния защиты позволит дифференциальной защите работать селективно – срабатывать при коротком замыкании в зоне действия и не срабатывать при внешнем, а также избавиться от ложных срабатываний – при включе- нии трансформатора на холостой ход. По первому условию нужно отстро- иться от тока небаланса, по второму условию – отстроиться от броска тока намагничивания. По результатам, полученным в ходе трёх вычислитель- ных экспериментов, видно, что продольная дифференциальная защита бу- дет срабатывать только при внутреннем коротком замыкании, а в осталь- ных случаях – нет. . 4 УДК 621.316.925 Математическое моделирование электродинамической стойкости гибких шин открытых распределительных устройств с учетом новых конструктивных элементов, начальных и краевых условий Сергей И.И., Потачиц Я.В. Белорусский национальный технический университет При токах КЗ более 40 кА механические усилия и смещения проводов могут оказывать решающие влияние на конструктивное выполнение гиб- кой ошиновки как с одиночными проводами, так и с расщепленными фа- зами. В связи с этим возникла необходимость разработки и использования новых конструктивных элементов, повышающих электродинамическую стойкость гибких шин открытых распределительных устройств. Одним из таких элементов является демпфер тяжения (рисунок 1). Демпфер устанавливается между порталом и гирляндой изоляторов и ог- раничивает передачу нежелательных усилий на порталы. Рисунок 1 – Принципиальная схема демпфера Под действием сил тяжения провода при КЗ происходит разгибание звена 1 демпфера. В это же время звено 2 находится в исходном положе- нии, т. к. силы тяжения провода и звено 2 находятся на одной оси. Основ- ная нагрузка от вектора тяжения направлена на звено 3 и действует на его изгиб. 5 УДК 621.3.022 Праграма ТКЗ15 для разліку токаў кароткага замыкання Бобка М.М., Гаўрыелак Ю.В. Беларускі нацыянальны тэхнічны ўніверсітэт На кафедры «Электрычныя станцыі» БНТУ працяглы час выкарыстоў- ваецца праграма ТКZ для разліку токаў кароткага замыкання, арыентава- ная на прымяненне ў навучальным працэсе для студэнтаў электраэнер- гетычных спецыяльнасцей. У аснову алгарытму пакладзеная матэматычная мадэль на аснове вузлавых напружанняў. Разлік несіметрычных кароткіх замыканняў выконваецца метадам сіметрычных складовых. У схемах за- мяшчэння прамой, адваротнай і нулявой паслядоўнасцей спачатку разліч- ваюцца вузлавыя напружанні, а затым токі ў галінах схем замяшчэння. Параметры схем замяшчэння разлічваюцца карыстальнікам праграмы і затым уводзяцца ў ЭВМ ў якасці ўваходных дадзеных. У гэтай праграме схемы замяшчэння прамой і нулявой паслядоўнасцяў павінны тапалагічна супадаць. Аднак для ўліку ўзаемнай індуктыўнасці паміж лініямі электраперадачы схемы замяшчэння прамой і нулявой паслядоўнасцяў такіх ліній тапалагічна не супадаюць. Па гэтай прычыне быў распрацаваны новы варыянт праграмы з назвай ТКЗ15, у якім схемы замяшчэння прамой і нулявой паслядоўнасці могуць мець розную канфігурацыю. У выхадны файл праграмы ТКЗ15 выдаюцца звышпераходныя дзеючыя значэнні сумарных токаў кароткага замыкання у зададзеных вузлах разліковай схемы, якія выкарыстоўваюцца для выбару камутацыйнай апаратуры. Таксама можа быць выведзена размеркаванне токаў прамой, адваротнай і нулявой паслядоўнасцей па галінах адпаведных схем замяшчэння, якое выкарыстоўваецца для разліку ўставак рэлейнай засцярогі. Адначасова з гэтым былі ўведзены другія ўдасканаленні. Прадугледжаны ўвод схемы замяшчэння ў іменаваных або адносных адзінках. Схема замяшчэння прадстаўлена камплекснымі параметрамі, што дазваляе прымяняць праграму ТКЗ15 для разліку токаў кароткага замыкання ў схемах напружаннем 0,4 кВ. Файл уваходных дадзеных забяспечаны тэкставымі каментарамі, што спрашчае фармаванне гэтага файла. 6 УДК 621.3.022 Компьютерные программы для расчетов тока короткого замыкания в энергосистеме Гавриелок Ю.В. Белорусский национальный технический университет Развитие энергосистем ведет к стремительному росту уровней токов КЗ, что предъявляет повышенные требования в отношении электродина- мической и термической стойкости элементов электротехнических уст- ройств энергосистем, а также коммутационной способности электрических аппаратов. Для правильного выбора электроэнергетических установок и коммутационных аппаратов необходимо знать уровни токов КЗ при замы- каниях в различных точках энергосистемы и распределения этих токов по ветвям схемы. Для решения данной задачи, зачастую, требуется провести большое ко- личество расчетов. Задача значительно усложняется при увеличении коли- чества элементов схемы, что соответствует развитию энергосистемы. В общем случае определение мгновенного значения тока короткого за- мыкания очень сложная задача, так как требует решения больших систем дифференциальных уравнений. Однако для большинства практических целей достаточно знать сверхпереходные значения периодической состав- ляющей тока КЗ. Существует множество методов по расчету токов КЗ. Все они базиру- ются на составлении и решении системы алгебраических уравнений, ре- шением которой и будут значения токов в ветвях схемы. Этот фактор и обуславливает затруднения ручного расчета сложных энергосистем в виду большой размерности системы уравнений. Поэтому с распространением вычислительной техники были разработаны алгоритмы и компьютерные программы для расчетов токов КЗ, в которых общая задача расчета тока короткого замыкания сводится к двум более конкретным задачам: наибо- лее полное и точное определения параметров и конфигурации схемы за- мещения и наиболее простое и быстрое решение системы алгебраических уравнений. Основным недостатком современных компьютерных программ для расчета токов КЗ является тот факт, что они разрабатываются на коммер- ческой основе, что в свою очередь приводит к высокой стоимости такого продукта. 7 УДК 378.141 О подготовке студентов заочной формы получения образования I ступени с сокращенным сроком обучения Булат В.А. Белорусский национальный технический университет С 2015 года на энергетическом факультете возобновлен набор на под- готовку специалистов высшей квалификации с сокращенным сроком обу- чения по специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение» (по отраслям) (срок обучения 4,5 года), а с 2016 года по специальности 1-43 01 05 «Про- мышленная теплоэнергетика» (срок обучения 4 года). Кафедрами «Электроснабжение» и «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» БНТУ разработаны интегрированные со средним специаль- ным образованием учебные планы I ступени высшего образования на базе планов специальностей 2-43 03 31 «Монтаж и эксплуатация электрообору- дования» (по направлениям), 2-43 01 03 «Электроснабжение» (по отрас- лям) и 2-43 01 05 «Промышленная теплоэнергетика». После окончания обучения, успешной сдачи государственного экзамена по специальности и защиты дипломного проекта в ГЭК, выпускники получат квалификацию инженера-энергетика по соответствующим специальностям и диплом об- щего образца. Отличительные особенности этих планов: в качестве результатов теку- щей аттестации по ряду предметов, таким как «Химия», «Основы эколо- гии», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Охрана труда» и некоторым другим, засчитываются результаты аттестации по соответст- вующим предметам, изучаемым в ССУЗе. Таким же образом осуществля- ется перезачет по «Учебной» и «Технологической» практикам. Процедура засчитывания результатов аттестации выполняется деканатом факультета; для ряда естественно-научных, общепрофессиональных и специальных дисциплин объем преподавания в академических часах сокращен из-за того, что одноименные дисциплины изучались в ССУЗе. При поступлении на сокращенный срок обучения абитуриенты – выпу- скники ССУЗов, с которым согласовывались интегрированные планы, должны пройти тестирование по русскому (белорусскому) языку и сдать два экзамена по специальным дисциплинам. Абитуриенты, поступающие на специальность 1-43 01 03 «Электроснабжение» (по отраслям), сдают экзамены по дисциплинам «Основы электротехники» и «Электроснабже- ние промышленных предприятий», а поступающие на специальность 1-43 01 05 – «Промышленная теплоэнергетика», «Основы теории тепло- массаобмена» и «Котельные установки промышленных предприятий». 8 УДК 621.316 Исследование чувствительности блокировок токовых защит трансформатора к броскам тока намагничивания Ломан М.С. ОАО «Белэлектромонтажналадка» При бросках тока намагничивания (БТН) в силовых трансформаторах его токовые защиты могут срабатывать ложно. Для отстройки от указан- ных режимов в микропроцессорных токовых защитах применяют специ- альные блокировки. Недостатком известной блокировки по содержанию 2-й гармоники в токах фаз является её ложная работа при внутренних ко- ротких замыканиях (КЗ), сопровождающихся насыщением трансформато- ров тока, а также невысокая чувствительность к БТН. Предложен новый способ блокировки, основанный на оценке отноше- ния тока 2-й гармоники прямой последовательности I2пр к току 1-й гармо- ники обратной последовательности I1обр. Контроль уровня тока 1-й гармо- ники прямой последовательности позволяет отличать режим БТН от внут- реннего КЗ. Исследование выполнено методом вычислительного эксперимента. Для формирования входных сигналов использована математическая модель понижающего трансформатора, разработанная на кафедре «Электрические станции» БНТУ. Предложен и исследован новый способ блокировки токовых защит при БТН. Величина параметра блокировки I2пр/I1обр не зависит от мощности трансформатора, а зависит от уровня и фазы питающего напряжения в диапазоне 90–110% от номинального. При этом наименьшее значение I2пр/I1обр практически не зависит от напряжения и находится на уровне 67– 69 %. Чувствительность параметра блокировки I2пр/I1обр в 1,6–5,0 раза вы- ше чувствительности пофазной блокировки по содержанию 2-й гармони- ки; на отдельных участках находится на уровне чувствительности пере- крестной блокировки по содержанию 2-й гармоники, а на отдельных уча- стках – существенно выше её. Таким образом, параметр блокировки I2пр/I1обр обладает большей стабильностью и более эффективен для обна- ружения БТН, чем параметр перекрестной блокировки. Предлагаемый способ блокировки может быть применен в микропро- цессорных токовых защитах трансформаторов. 9 УДК 621.316 Новые алгоритмы работы токовых защит линий электропередачи распределительных сетей Романюк Ф.А., Шевалдин М.А. Белорусский национальный технический университет Линии электропередачи используются для связи объектов энергетики с потребителями электроэнергии. В Белорусской энергосистеме для защиты линий электропередачи распределительных сетей 6–35 кВ от междуфаз- ных коротких замыканий используются токовые защиты со ступенчатыми характеристиками выдержек времени. Недостатками данных устройств являются большие выдержки времени некоторых ступеней защиты, выби- раемыми по ступенчатому принципу, а также недостаточная их чувстви- тельность в некоторых режимах работы энергосистемы. Указанные недостатки не являются характерными для двухступенчатой токовой защиты с зависимой характеристикой выдержки времени [1]. Принцип работы такой защиты основан на использовании информации о виде и месте повреждения. Выполнено исследование с помощью вычислительного эксперимента различных вариантов исполнения токовых защит линий электропередач распределительных сетей [2]. В качестве базового варианта для сравнения выбрана традиционная трехступенчатая токовая защита. Альтернативными вариантами предложены односистемная токовая защита с комбинирован- ной характеристикой и двухступенчатая токовая защита, не использовав- шиеся ранее на реальных объектах Белорусской энергосистемы. В процессе исследования выявлено, что токовые защиты с новыми ал- горитмами работы обладают рядом преимуществ по сравнению с традици- онными трехступенчатыми токовыми защитами. В то же время отмечено, что двухступенчатая токовая защита обеспечивает полноценное ближнее резервирование и имеет более простой алгоритм работы по сравнению с токовой защитой с комбинированной характеристикой выдержки времени. Литература 1. Романюк, Ф. А. Принципы выполнения токовой защиты линий с односторонним питанием от междуфазных коротких замыканий / Ф. А. Романюк, М. А. Шевалдин // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ.) – 2015. – №1. – с. 5–11. 2. Шевалдин, М.А. Исследование двухступенчатой токовой защиты ли- ний электропередачи распределительных сетей / М. А. Шевалдин // Энерге- тика и ТЭК: Ежемесячный научно-производственный журнал. – 2015. – №11. – с. 20–24. 10 УДК 621.316 Принципы реализации токовых каналов цифровых защит Румянцев В.Ю. Белорусский национальный технический университет Каналы тока микропроцессорных защит имеют разнообразные схемы построения в зависимости от назначения и исполнения самих защит, одна- ко минимальный набор блоков всегда присутствует в любом измеритель- ном органе [1]. Структура модели токового канала фазы А микропроцессорной защи- ты, реализованная из библиотечных блоках системы MATLAB – Simulink, состоит из двух частей – аналоговой и цифровой (рисунок 1). Рисунок 1 – Структура токового канала фазы А К аналоговой части относится: – входной преобразователь, преобразующий вторичный ток ТТ в на- пряжение заданного уровня; – антиалиасинговый фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка; – ограничитель входного сигнала аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Цифровая часть представлена следующими блоками: – модель АЦП, с заданным квантованием по времени; – цифровой фильтр, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное амплитудному значению основной гармоники вторич- ного тока; – блок формирования действующего значения сигнала; – исполнительный орган, в котором сравнивается уровень сигнала с ус- тавкой и вырабатывается дискретный сигнал на отключение в случае пре- вышения последней. Литература 1. Романюк, Ф. А. Перспективные технологии реализации микропро- цессорных защит линий распределительных сетей / Ф. А. Романюк, И. В. Новаш, В. Ю. Румянцев, Ю. В. Румянцев // В кн. Перспективные ма- териалы и технологии: монография. В 2т. T1/под ред. В. В. Клубовича. – Витебск; УО «ВГТУ», 215. – 398 с. стр. 115–139. 11 УДК 621.316 Быстродействующие цифровые фильтры в релейной защите Румянцев Ю.В. Белорусский национальный технический университет Цифровые фильтры (ЦФ) предназначены для оценки параметров ава- рийных сигналов тока и напряжения. В большинстве современных уст- ройств релейной защиты и автоматики используются ЦФ, реализующие в том или ином виде однопериодное дискретное преобразование Фурье, ко- торое позволяет определять амплитудное значение основной гармоники сигнала. Основным недостатком данного фильтра является задержка в один период промышленной частоты при установлении истинного значе- ния выходного сигнала. Данной особенности лишены быстродействующие ЦФ, в которых установление выходного сигнала сопровождается задерж- кой равной, в зависимости от реализации конкретного фильтра, несколь- ким периодам дискретизации (время между двумя соседними выборками аналогового сигнала). Основным допущением при использовании быстродействующих ЦФ является предположение о том, что аварийные сигнала тока и напряжения имеют синусоидальную форму промышленной частоты. В действительности оцениваемые аварийные сигнала (в большей сте- пени сигналы тока) часто отличаются от идеализированных следующим особенностями: 1 – содержат экспоненциально затухающую апериодиче- скую составляющую, 2 – имеют частоту отличную от номинальной и 3 – имеют искаженную форму вследствие насыщения измерительных трансформаторов тока. Данные особенности делают невозможным исполь- зование рассматриваемых быстродейсвующих фильтров в чистом виде. Одним из путей устранения 1-ой особенности является использование предварительной фильтрации аварийных сигналов с целью исключения апериодической составляющей. Применение усредняющих фильтров сглаживающих выходной сигнал ЦФ позволяет минимизировать влияние 2-ой особенности. Правильное функционирование при 3-й особенности не обеспечивается ни одним из известных ЦФ. Таким образом, применение в микропроцессорной релейной защите быстродействующих ЦФ совместно с вышеуказанными способами мини- мизации влияния особенностей аварийных сигналов является перспектив- ным в рамках концепции «цифровой подстанции», где в качестве измери- телей аналоговых величин тока и напряжения выступают нетрадиционные датчики, у которых в принципе отсутствует 3-я особенность. 12 УДК 621.315 Программный комплекс для расчета аварийных режимов трехобмоточного трехфазного трансформатора Новаш И.В., Романюк Ф.А., Румянцев Ю.В., Бобко Н.Н., Устимович В.А. Белорусский национальный технический университет Программный комплекс [1] для исследования режимов включения и коротких замыканий трехобмоточного трехфазного трансформатора раз- работан с использованием системы объектного программирования DELPHI и расчетного модуля на алгоритмическом языке FORTRAN. Новый программный комплекс (рисунок 1) имеет проверенную практи- кой достоверность ранее разработанных расчетных программ и может применяться на любых современных ПЭВМ. Сохраняется достоверность результатов за счет использования отработанных алгоритмов и повышает- ся скорость вычислений за счет современных систем объектного програм- мирования. Рисунок 1 –Диалоговое окно программного комплекса Литература 1. Совершенствование математических моделей элементов трансформаторных подстанций для исследования новых принципов выполнения микропроцессорных защит. Отчет о НИР. ГБ 14-18 (за- дание 1.1.28) БНТУ, Минск, 2015 г. − 105 с. 13 УДК 621.316.925.1 Справочное приложение по релейным и микропроцессорным защитам для мобильных устройств Пономаренко Е.Г.1, Семенчиков О.А.2 Белорусский национальный технический университет1, ОАО «Электроцентрмонтаж»2 В условиях информатизации современного общества особую важность приобретают умения самостоятельно извлекать информацию, получать ее, синтезировать, производить новую и распространять полученную. Работа с учебными мобильными приложениями предлагает разнообразные зада- ния, гибкий график их выполнения; изучение предложенной информации, а также стимулирует поиски новой; организацию обратной связи; своевре- менный контроль и корректировку самостоятельной деятельности студен- та. Перечисленные возможности предполагают формирование у учащихся умения и желания самостоятельно учиться, создают условия для самостоя- тельного использования различных источников информации. Опираясь на данные положения, в БНТУ было разработано мобильное приложение «Relay» по релейным и микропроцессорным защитам для ор- ганизации самостоятельной работы студентов, основная цель которого заключается в проверке возможности, целесообразности и эффективности применения мобильных технологий в учебно-образовательном процессе. Применение разработанного приложения и аналогов, подобных ему, в учебном процессе позволяет в ряде случаев быстрее донести полезную информацию до аудитории, минуя проблемы связанные с издательством бумажных носителей информации. Также удобство такого приложения становится очевидным в полевых условиях, когда отсутствует ноутбук, подключение к интернету. В этом случае выручит мобильный телефон с установленным приложением. В приложении присутствуют справочные сведения по релейным и мик- ропроцессорным защитам, их конструкции, методике расчета уставок. Приведены примеры расчета. Используя программные возможности мож- но произвести расчеты уставок релейной защиты линии с односторонним питанием и двухобмоточного трансформатора. По мере развития прило- жения туда будут встроены и новые расчетные модули. С использованием приложения обучающийся может осуществлять са- моконтроль знаний, используя встроенные в приложение тесты. Область использования мобильных устройств при обучении представляется весьма обширной и мобильное приложение «Relay», это лишь одна из первых по- пыток внедрения мобильных технологий в образовательный процесс. 14 УДК 621.3.022 Влияние ориентации элементов жесткой ошиновки 10 кВ на параметры ее электродинамической стойкости Шпаковский А.А.1, Баран А.Г.2, Климкович И.П.3 СООО «Гейм Стрим»1 Белорусский национальный технический университет2 ГУО «Гимназия № 24 г. Минска»3 Рост токов короткого замыкания вызывает потребность в разработке новых конструкций электроустановок, обладающих повышенной электро- динамической стойкостью. На стадии проектирования разработчик должен иметь возможность проверить принятые решения, и лишь затем экспери- ментальный образец должен быть подвергнут дорогостоящим испытаниям. По разработанным на кафедре «Электрические станции» Белорусского национального технического университета математической модели [1] и компьютерной программе [2] явного метода расчета электродинамической стойкости жесткой ошиновки распределительных устройств 10 кВ прове- дено исследование влияния начального положения шинных конструкций. Составлены семейства зависимостей изгибающих и растягивающих усилий на вершины изоляторов и максимального напряжения в материале шины, позволяющие конструктору оперативно принимать решения о целе- сообразности или не целесообразности планируемого пространственного расположения токоведущей шины и изоляционной конструкции. Или оп- ределения наиболее оптимального расположения токоведущей конструк- ции, при невозможности конструктивно ее пространственно сориентиро- вать в изделии. Также полученные результаты позволят оценить возмож- ность дальнейшей эксплуатации существующих токоведущих конструк- ций при возросшем на объекте токе короткого замыкания. Литература 1. Klimkovich Pavel, Shpakouski Anton, Baran Anastasiya, Klimkovich Ilya. Mathematical Modeling of Electrodynamic Forces in a Rigid Busbar Switchgear 6–10 kV During Short Circuit // 9th International Conference NEET-2015 / Zakopane, Poland, June 23–26, 2015. P. 64. 2. Климкович П.И., Шпаковский А.А., Баран А.Г. RigidBusbars – ком- пьютерная программа расчета электродинамической стойкости токоведу- щих конструкций с жесткими произвольно расположенными проводника- ми // Актуальные вопросы энергетики восточноевропейского региона: ма- териалы международной конференции, Минск, 21–23 октября 2014 г. / БНТУ. – Минск: БНТУ, 2015. – С. 129–131. 15 УДК 621.38 Возбуждение колебаний в электронной лаборатории Бладыко Ю.В., Сороко В.В. Белорусский национальный технический университет Электронная лаборатория Electronics Workbench [1] – наиболее попу- лярная и эффективная программа для визуального моделирования элек- трических и электронных схем, обладающая дружелюбным интерфейсом. Наглядность и простота интерфейса программы облегчают работу с ней, в то же время у пользователя есть возможность наблюдения процессов, про- исходящих в реальной схеме и оперирования реальными измерительными приборами. При использовании программы были обнаружены недостатки: в про- грамме нельзя задать ненулевые начальные значения. Несмотря на заяв- ленную возможность задания начальных условий (Analysis Options -> Initial conditions -> User-defined), в программе нельзя задать напряжения конденсаторов и токи индуктивных катушек. Моделирование начинается с расчета схемы на постоянном токе, в результате которого устанавливаются нулевые начальные условия. При моделировании генераторов колебаний цепь не возбуждается, так как напряжения всех узлов равны нулю, схема находится в состоянии неустойчивого равновесия, генерации сигналов нет. Вывести схему из состояния равновесия помогают запускающие цепи, предназначенные для кратковременной подачи импульса ключом с вре- менной задержкой Time-Delay Switch. Такая запускающая цепочка исполь- зована в схеме RC-генератора гармонических колебаний с мостом Вина на операционном усилителе (ОУ) [2]. Запускающая цепочка может подклю- чаться к любой точке схемы. Кратковременная подача импульса помогает запустить мультивибратор на ОУ [2]. Время срабатывания ключа с вре- менной задержкой Time-Delay Switch влияет на переходной процесс, но не влияет на установившийся режим, частоту и период колебаний. Одновиб- ратор на ОУ запускается только импульсами. Две запускающие цепочки позволяют ждущему мультивибратору совершить два цикла колебаний [2]. Литература 1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004.– 800 с. 2. Бладыко Ю.В. Электроника. Практикум. – Мн.: ИВЦ Минфина, 2016.– 190 с. 16 УДК 621.311 Расчет установившегося периодического режима методом “сжимающих” начальных условий Горошко В. И. Белорусский национальный технический университет В линейных цепях и системах с периодическими импульсными воздей- ствиями установившийся режим можно получить как финальную стадию переходного процесса, однако, в слабодемифированных цепях этот подход затруднен. При таких условиях представляет интерес идея о том, что су- ществуют начальные условия, назовем их “сжимающими”, при которых переходной процесс заканчивается уже на первом периоде колебаний. Вы- полним расчет “сжимающих” начальных условий (СНУ) в поле матрично- го уравнения состояния BuAxx += , что позволяет получить решение для цепи произвольного порядка. Пусть входной сигнал является последовательностью прямоугольных импульсов напряжения с амплитудой U, длительностью импульса l и периодом T. Та- кой сигнал характерен, например, при широтно-импульсном управлении двигателем постоянного тока. Процедура расчета СНУ содержит этапы: 1. Расчет стартового решения )(1 tx для [ ]lt ,0∈ и )(2 tx для [ ]Tlt ,∈ при нулевых начальных условиях. 2. Расчет )(2 Tx подстановкой Tt = . 3. Формирование “периодизатора” :)(п tx ( )0)( пп xx Atet = , где ( )0пx – неизвестные пока СНУ. 4. Составление полного решения для [ ]Tlt ,∈ : )()()( п2 ttt xxx += . 5. Требуя )0()( пxx =T , находим СНУ: ( ) ( ) ( )Te T 21п 10 xx A −−= . Точное аналитическое решение для установившегося периодического режима на участках [0, l] и [l, T] имеет вид: )()()( п1у1 ttt xxx += , [ ]lt ,0∈ ; )()()( п2у2 ttt xxx += , [ ]Tlt ,∈ . Из приведенных выкладок видно, что переменные x(t) должны быть непрерывными функциями времени, что выполняется для переменных iL(t), uC(t) в корректно поставленных задачах. 17 УДК 681.518.5 Моделирование адаптивного управления Ежов В.Д. Белорусский национальный технический университет Адаптивное управление применяют для объектов, динамические свой- ства которых сильно изменяются процессе функционирования. Процесс адаптации в цифровых системах управления происходит в два этапа: 1 – расчет параметров модели объекта (текущая идентификация); 2 – расчет регулятора по текущей модели. Для определения модели объекта, применяют различные методы Текущая идентификация в реальном времени работает на каждом такте, что позволяет системе адаптироваться как к незнакомому объекту, так и к его изменениям в процессе эксплуатации. На рисунке показан процесс адаптации системы к незнакомому объек- ту. Первое ненастроенное регулирование дало большую ошибку. Алго- ритм адаптации задает вариации сигнала задания и, отслеживая реакцию объекта, постепенно уточняет параметры модели объекта и передает их АР- регулятору. Примерно с 20-го такта регулятор работает точно, следо- вательно, он получил точные параметры объекта. Адаптация к малым изменениям свойств объекта выполняется быстрее. 18 УДК 621.317.3 Обобщённый принцип построения схем измерения мощности Куцыло А.В. Белорусский национальный технический университет Вопрос о схемах измерения активной мощности рассматривается в ли- тературе применительно к трёхфазным цепям [1]. Исходным является при этом выражение мгновенной мощности трёхфазной цепи как суммы мгно- венных мощностей трёх фаз. Определение средних значений мгновенных мощностей за период приводит к аналогичному равенству для активных мощностей. В четырёхпроводной цепи это выражение является основой метода трёх приборов. В этом методе показание каждого из ваттметров равно (без учёта погрешностей) мощности соответствующей фазы приёмника или действительного источника при их соединении проводами, сопротивлени- ем которых можно пренебречь. В случае трёхпроводной цепи исходное выражение с использованием первого закона Кирхгофа преобразуется в сумму двух слагаемых, что яв- ляется основой метода двух приборов. В этом случае показания ваттмет- ров можно интерпретировать как мощности двух воображаемых источни- ков, создающих такую же систему напряжений, что и действительные ис- точники в рассматриваемой цепи. Мощность трёхфазной цепи равна ал- гебраической сумме показаний ваттметров. Аналогичным образом систему напряжений в четырёхпроводной цепи можно полагать созданной тремя воображаемыми источниками, подклю- ченными между одним общим для них проводом и тремя остальными, при этом общим проводом может быть любой, а воображаемые источники мо- гут отличаться от действительных. Мощность трёхфазной цепи равна ал- гебраической сумме показаний ваттметров, подключенных для измерения мощности трёх воображаемых источников. Из изложенного следует обобщённый принцип построения схем изме- рения активной мощности для многопроводных цепей (в том числе трёх- фазных): ваттметры подключаются для измерения мощности воображае- мых источников, которые присоединены между одним общим для них проводом (произвольным) и остальными проводами. Литература 1. Основы метрологии и электрические измерения: учебник для вузов / Б.Я. Авдеев [и др.]; под ред. Е.М. Душина. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 480 с. 19 УДК 621.317.3 Оценка погрешностей метода при измерении мощности ваттметром Куцыло А.В. Белорусский национальный технический университет При измерении мощности приёмника возможны две схемы подключе- ния ваттметра. В обеих схемах генераторный зажим токовой цепи ваттмет- ра подключается со стороны источника. В одной из схем (условно «пер- вая»), которая используется при относительно больших сопротивлениях приёмника, генераторный зажим цепи напряжения подключается со сторо- ны источника. Во «второй» схеме, которая используется при относительно малых сопротивлениях приёмника, генераторный зажим цепи напряжения подключается со стороны приёмника. При оценке погрешностей метода истинным значением следует считать мощность приёмника в исходном режиме, то есть при отсутствии ваттмет- ра. Погрешности метода анализируются в предположении измерений в цепи постоянного тока и в обеих схемах обусловлены неидеальностью цепей ваттметра: отличным от нуля сопротивлением токовой цепи и ко- нечным сопротивлением цепи напряжения. Это приводит, во-первых, к изменению режима приёмника и измеряемой мощности при подключении ваттметра: в обеих схемах напряжение на приёмнике и его мощность уменьшаются по сравнению с исходным режимом. Возникающая вследст- вие этого составляющая погрешности является отрицательной. Во-вторых, в показание прибора включается мощность, потребляемая одной из цепей ваттметра: токовой цепью в «первой» схеме и цепью напряжения во «вто- рой» схеме. Возникающая при этом составляющая погрешности является положительной, увеличивая показание ваттметра. Результирующая по- грешность метода является алгебраической суммой указанных составляющих. Погрешность метода для «первой» схемы всегда является отрицатель- ной, уменьшая показание ваттметра. Погрешность метода для «второй» схемы может иметь разный знак в зависимости от соотношения сопротив- лений цепей ваттметра и приёмника, что приводит к различному соотно- шению положительной и отрицательной составляющих данной погрешно- сти. В частности, возможна полная компенсация указанных выше состав- ляющих, то есть равенство нулю результирующей погрешности метода. 20 УДК 061.31 Разработка схемы управления поливом Матвеенко И.П. Белорусский национальный технический университет В данной работе была предложена и реализована в пакете прикладных программ Micro-Cap схема управления поливом, исследована её работа, проанализированы её возможности. Схема управлением поливом на переменном токе уменьшает возмож- ность проявления эффектов электролиза, что приводит со временем к раз- рушению электродов, и как следствие, к нарушению работы системы. Та- кая схема, работающая на переменном токе, представлена на рисунке 1. При влажной почве повышена проводимость, при сухой - сопротивле- ние. В почву вставляются два щупа (имитируются переключателем S1). Когда почва сырая, она лучше проводит электрический ток: транзистор Q1 получает смещение в прямом направлении и выключает транзистор Q2, который в свою очередь выключает (размыкает) контакты реле RY1 и кла- пан подачи воды. Если почва высыхает, смещение транзистора Q1 уменьшается, транзи- стор Q2 открывается и включает реле RY1. При этом контакты реле RY1 замыкаются и открывают управляющий клапан системы полива. Рис.1. - Схема управления поливом Для имитации включения и выключения системы полива к выходу схемы подключался вольтметр, показания которого и отражали состояние системы. Таким образом, после того, как схема смоделирована и проверена на правильность выполнения функций, можно приступать к созданию реаль- ного устройства. 21 УДК 621.311.16 Асинхронный электропривод с реализацией энергии скольжения Мороз Р.Р. Белорусский национальный технический университет Один из наиболее простых способов регулирования скорости асин- хронного двигателя с фазным ротором основан на введении в цепь ротора дополнительных резисторов. Однако при этом существенно ухудшается КПД электропривода, так как выделяемая в роторных резисторах энергия тратится бесполезно. Непосредственно использовать энергию скольжения для производст- венных целей невозможно, так как амплитуда напряжения и частота тока ротора не только отличаются от параметров сети, но и изменяются в функ- ции скольжения двигателя. Поэтому полезное использование энергии скольжения связано с необходимостью включения в цепь ротора преобра- зователя электрической энергии. Схемы асинхронного электропривода со статическими преобразователями в цепи ротора называются вентильными каскадами. Принципиально существуют две возможности для полезного использо- вания энергии скольжения – возврат её в питающую сеть или на вал АД. При использовании первой возможности между ротором АД и сетью включают преобразователь частоты для согласования переменной ампли- туды и частоты тока ротора с соответствующими постоянными парамет- рами сети. При использовании второй возможности возврат энергии скольжения на вал осуществляется электромеханическим преобразовате- лем, состоящим из выпрямителя и машины постоянного тока. Наибольшее распространение получили схемы асинхронных вентильных каскадов, в которых преобразователь частоты состоит из роторного выпрямителя и дросселя, выполняющего функции фильтра в цепи выпрямленного тока преобразователя. Одно из основных преимуществ каскадных схем асин- хронного электропривода заключается в том, что при ограниченном диапа- зоне регулирования скорости мощность преобразователя в роторной цепи двигателя меньше мощности самого двигателя. Эффективность вентильного каскада тем выше, чем меньше мощность преобразователя и чем большее количество энергии рекуперируется в сеть или на вал двигателя. Поэтому АВК целесообразно применять в первую очередь для электроприводов большой мощности с длительным режимом работы и небольшим диапазоном регулирования скорости. 22 УДК 621.311.16 Оптимизация асинхронных электроприводов при постоянной частоте тока статора Мороз Р.Р. Белорусский национальный технический университет Проблема снижения потерь электроэнергии в нерегулируемых по ско- рости асинхронных электроприводах представляет собой большой практи- ческий интерес. Во-первых, такие электроприводы являются самым массо- вым потребителем электрической энергии (примерно около 70 % от всей вырабатываемой электроэнергии), поэтому экономия электроэнергии даже в малых количествах применительно ко всему парку эксплуатируемых в народном хозяйстве АД может дать существенный экономический эффект. Во-вторых, регулирование напряжения питания обмоток статора при по- стоянной частоте вращения двигателей теоретически позволяет получить наибольший энергетический эффект по сравнению с другими условиями работы электродвигателей. Для обеспечения минимальных потерь в двигателе необходимо при любых нагрузках поддерживать такой режим работы двигателя, при кото- ром обеспечивается постоянно оптимальное скольжение, а это позволяет обеспечивать минимизацию потерь в системе электропривода. Постоянство частоты тока статора предполагает регулирование только напряжение статора АД. Для регулирования напряжения используются тиристорные преобразователи переменного напряжения. Постоянство час- тоты упрощает также поиск условий, обеспечивающих минимизацию по- терь в АД. Рассмотрим, какие существуют возможности для минимизации потерь в АД. Установлено, что путём регулирования напряжения можно обеспе- чить не только минимум потерь, но и минимум тока в об мотках статора и минимум активной потребляемой мощности. Поэтому в настоящее время предложены различные системы автоматического регулирования, обеспе- чивающие минимизацию одной из этих величин. Любой из рассмотренных способов энергетической оптимизации асин- хронных двигателей – по минимуму потерь, тока статора, потребляемой мощности или по нескольким параметрам одновременно может быть реа- лизован при поддержании постоянства скольжения асинхронного двигателя. 23 УДК 621.313.322-843.8 Конструкции и частоты вращения авиационных генераторов Полуянов М.И., Голенко О.В., Лисевич В.С., Любовицкий Р.Н. Белорусская государственная академия авиации В трехфазных системах электроснабжения воздушных судов к настоя- щему времени определились три типа генерирующих устройств: синхрон- ные генераторы с приводами постоянной частоты вращения, обеспечиваю- щими постоянную частоту напряжения 400 Гц; синхронные генераторы с понижающими редукторами с выходной частотой от 360 до 800 Гц; син- хронные генераторы с преобразователями частоты с непосредственной связью, формирующими зубчатые синусоиды напряжений частотой 400 Гц Генераторы первого типа имеют 2, 3, 4 пары полюсов (частоты вращения соответственно 12000. 8000, 6000 мин-1) и требуют регуляторов частоты и напряжения в нешироком диапазоне. Генераторы второго типа также име- ют небольшое число пар полюсов, требуют регуляторов напряжения с ши- роким диапазоном изменения тока возбуждения, регуляторы частоты не требуются. Генераторы третьего типа имеют 6 (а не 3) фаз, большее число пар полюсов и более высокие частоты вращения и выходного напряжения (соответственно 8, 12450…26250 мин-1, 1660…3500 Гц, например, на само- лете Боинг-777). Они требуют регуляторов напряжения с широким диапа- зоном изменения тока возбуждения и сложной системы управления. Оче- видна более высокая сложность конструкции этих генераторов. Предлагается новая конструкция синхронного генератора, в которой подвозбудитель остается без изменений, а его напряжение выпрямляется и подается на трехфазный инвертор, формирующий синусоидальное напря- жение с регулируемой амплитудой и постоянной частотой 400 Гц. Статор- ная обмотка возбудителя, роторные обмотки возбудителя и генератора вы- полняются трехфазными с одинаковыми числами пар полюсов (как в ста- то-рной обмотке генератора).Трехфазное напряжение инвертора подается на статорную обмотку возбудителя, роторные обмотки возбудителя и ге- нератора соединяются таким образом, что в результате двойного асин- хронного преобразования частоты исключается составляющая частоты от вращения ротора, а в статорной обмотке генератора создается напряжение частотой 400 Гц, задаваемой инвертором. Предложенная конструкция не требует привода постоянной частоты вращения, проще существующих генераторов и обеспечивает постоянную частоту 400 Гц при изменении частоты вращения ротора, приводимого через редуктор от авиадвигателя. 24 УДК 621.313.12 Элетромашинный преобразователь частоты Синяков А.Л., Дудников И.Л. Белорусская государственная академия авиации Для получения переменного трехфазного напряжения частотой выше 50 Гц использовались электромашинные преобразователи с синхронным двигателем, генератором и двигателем постоянного тока независимо воз- буждения, асинхронным двигателем с фазным ротором и трехфазным ав- тотрансформатором, через который статорная обмотка асинхронного дви- гателя включалась в сеть 50 Гц для регулирования выходного напряжения преобразователя, снимаемого с роторной обмотки асинхронного двигате- ля. Частота напряжения в этой структуре регулировалась двигателем по- стоянного тока. Такая конструкция имеет низкий КПД, большие массо- габаритные показатели (четыре машины и автотрансформатор) и невысо- кую надежность (наличие щеток, контактных колец и коллекторов в ма- шинах). Предлагается в схеме преобразователя оставить синхронный двигатель и асинхронный двигатель с фазным ротором и дополнить конструкцию трехфазным выпрямителем и трехфазным инвертором с регулируемыми напряжением и частотой. Выпрямитель подключается к сети 50 Гц, инвер- тор - к выходу выпрямителя, а выходное напряжение инвертора через щет- ки и кольца поступает на роторную обмотку асинхронного двигателя и создает вращающееся магнитное поле. В зависимости от направлений вращения ротора и магнитного поля его обмотки в статорной обмотке асинхронного двигателя создается ЭДС с частотой больше или меньше 50 Гц. Регулирование значения ЭДС и ее частоты осуществляется путем изменения величины и частоты выходного напряжения трехфазного ин- вертора. Для предлагаемого преобразователя частоты требуются выпрямитель и инвертор небольшой мощности, так как энергия сети 50 Гц передается на выход преобразователя механическим путем. В автономных статических преобразователях со звеном постоянного тока вся энергия передается на выход через выпрямитель и инвертор непосредственно. 25 УДК 621.313.12 Повышение надежности работы самовозбуждающихся авиационных синхронных генераторов Синяков А.Л., Сизиков С.В., Папинов С.В. Белорусская государственная академия авиации Авиационные синхронные генераторы небольшой мощности с якорной обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе могут получать ток возбуждения от бортовой сети постоянного тока через регулировочное устройство (генераторы независимого возбуждения) либо, от выпрямите- ля, подключенного к статорной обмотке самого генератора (генераторы с самовозбуждением). Недостатком первого вида является зависимость ге- нератора от наличия напряжения в бортовой сети постоянного тока. Не- достаток второго вида - невозможность самовозбуждения при некоторых неблагоприятных условиях (большие сопротивления в цепи регулировоч- ного устройства, малая остаточная намагниченность ротора и др.). Для надежного самовозбуждения синхронных генераторов небольшой мощности предлагается кратковременно переключать цепь возбуждения на бортовую сеть постоянного тока либо на аккумуляторную батарею, ко- торая на самолетах всегда находится в заряженном состоянии. Для этого генератор оснащается дополнительным контактором, реле напряжения, выключателем и конденсатором. Пока напряжение генератора недостаточ- но для самовозбуждения, ток возбуждения поступает от бортовых источ- ников постоянного тока, затем цепь возбуждения переключается на вы- прямитель, создавая таким образом самовозбуждение. Конденсатор слу- жит для обеспечения непрерывности тока возбуждения при переключении контактора. Слабым звеном генераторов небольшой мощности с самовозбуждением являются щетки и контактные кольца на роторе, которые при частотах вращения 6000...8000 мин-1 достаточно интенсивно изнашиваются. Пред- лагается использовать для соединения обмотки возбуждения с внешними цепями подшипники, изолированные от вала ротора и от подшипниковых щитов (Патент Республики Беларусь на полезную модель. Генератор пе- ременного тока №10391, Н02К21/12.2014). 26 УДК 620.179.14 Размагничивающее устройство ферромагнитных изделий с предварительной подготовкой перед началом цикла размагничивания Михальцевич Г.А. Белорусский национальный технический университет Размагничивающие устройства (РУ) находят применение во многих при- борах и устройствах как бытового, так и промышленного назначения и часто применяются в приборах неразрушающего контроля (ПНК) ферромагнитных изделий. В приборах неразрушающего контроля для определения твердости ферромагнитных изделий применяются РУ, основанные на разряде конденса- тора через размагничивающую катушку или заряде двух конденсаторов через два диода, встречно включенных с одной стороны и последовательно соеди- ненными с ними двумя конденсаторами, соединенными вместе с другой сто- роны, и последовательно соединенной с ними катушкой размагничивания. Эти методы используют экспоненциальный разряд (заряд) конденсатора (кон- денсаторов). Лучшими параметрами по экономичности и производительности обладает разработанное РУ, использующее два этих метода поочередно с осо- бым способом работы перед началом цикла размагничивания. Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность размагничивания. РУ содержит первый ключ, источник переменного напряжения, первый размагничивающий контур первый конденсатор и второй ключ, а также второй конденсатор, вре- мязадающий блок, блок запуска, нуль орган, блок четности, третий ключ и второй размагничивающий контур. Для устранения не качественного размаг- ничивания, вызванного продолжительным интервалом времени перед очеред- ным циклом размагничивания устройство дополнительно снабжено блоком контроля за степенью заряда или разряда выше перечисленных конденсаторов перед началом очередного цикла размагничивания. При выполнении первого цикла размагничивания конденсаторы заряжаются, а при выполнении второго цикла разряжаются. Если интервал по времени между циклами сравнительно небольшой, то саморазряд или заряд, через конечное сопротивление закрытых электронных ключей практически не происходит, но конечно произойдет че- рез некоторое время. При этом качественный цикл размагничивания не удаст- ся осуществить. Для устранения вышеперечисленного недостатка, РУ снабжено ключами до зарядки или разрядки выше перечисленных конденсаторов перед началом очередного цикла размагничивания, управляемыми контроллером, который анализирует необходимость выполнения этих действий. 27 УДК 621.396.029 Некоторые способы получения режима Super-A в линейных усилителях мощности Белорусский национальный технический университет Михальцевич Г.А. Разработчику усилителей звуковой частоты часто приходится преодо- левать различные причины, вызывающие появление нелинейных искаже- ний на выходе в двухтактных усилителях мощности (УМ). Одним из типов искажений в УМ являются искажения типа «ступенька». Радикальным методом устранения этих искажений является перевод режима работы УМ из AB в A. При этом режиме выходные транзисторы УМ всегда работают в линейном режиме, но при этом через них течет большой ток покоя, вызы- вающий их нагревание и поэтому требующий установку выходных тран- зисторов УМ на радиаторы большой площади поверхности. Режим Super-A позволяет в значительной степени устранить вышепере- численный недостаток. В этом режиме для уменьшения искажений в области нуль-перехода сигнала, характерных для класса АВ, стараются не допустить запирание транзисторов, неработающего плеча путем динамического управления его смещением. Характерные искажения скомпенсированного разностного сигнала между входом и выходом в режиме Super-A и без него изображены на рисунке 1. Рисунок 1 Перевести режим работы выходного каскада УМ из AB в похожий на Super-A можно установив на входе выходных каскадов по германиевому диоду, после которого установить резистор на питание, обеспечивающий ток покоя выходных транзисторов 10-40 мА. Лучше всего режим Super-A получается, если перевести режим работы выходных каскадов в управляемый стабилизатор тока с минимальным то- ком в нем равным току покоя выходных транзисторов. 28 УДК 621.313 Активная динамическая модель двигателя постоянного тока Горошко В. И., Зеленко В. В. Белорусский национальный технический университет На основе уравнений динамики двигателя постоянного тока можно по- строить эквивалентную электрическую цепь, содержащую резистивный, индуктивный и емкостный элементы. Из уравнения динамики вращатель- ного движения с учетом ikM Ф = находим ( )( ) ФФ kMdtdkJi C+Ω= , (1) где i – ток якоря; Ф = const – магнитный поток возбуждения; M, MC – элек- тромагнитный момент и момент сопротивления; J – момент инерции всех вращающихся частей, приведенный к валу двигателя; Ω – угловая ско- рость вращения; k = const. Поскольку ( )( )dtdekdtd Ф1=Ω , где e – проти- во-ЭДС, то первое слагаемое в правой части (1) можно трактовать как ток iC эквивалентной емкости ( )2ФkJC = с напряжением euC = . Второе слагаемое в (1) допустимо представить как задающий ток Ф0 kMI C= источника тока. С учетом уравнения баланса напряжений якорной цепи ( ) edtdiLRiu ++= приходим к схеме замещения двигателя Если момент инерции J не зависит от угловой скорости Ω , то емкость C явля- ется линейным элементом, в противном случае C – нелинейный элемент. Для рас- пространенных нагрузок момент сопро- тивления MC зависит от угловой скорости Ω , которая линейно связана с противо-ЭДС e.Таким образом, для подоб- ных нагрузок ток I0 фактически управляется величиной e, т.е. источник тока является источником типа ИТУН. Если момент сопротивления явля- ется реактивным, то следует принять ( )[ ] CC signUMkI Ф10 −= , I0 = 0, при UC = 0. Приведенная схема замещения позволяет оценивать как устано- вившиеся процессы, так и переходные режимы двигателя. Если, например, в установившемся режиме произойдет наброс нагрузки на величину CM∆ , то соответствующее начальное приращение тока Ф0 kMI C∆= будет за- мыкаться через емкость C, вызывая ее разряд, т.е. уменьшение угловой скорости Ω . При этом в зависимости от типа корней характеристического уравнения процесс может быть апериодическим или колебательным. u C R L I0 iC uC i 29 УДК 621.315 Компенсация влияния высших гармоник на потребителей и элементы сетей электроснабжения 0,4 кВ Гапанюк С.Г., Трестьян И.О. Белорусский национальный технический университет Гармоники – это синусоидальные волны, суммирующиеся с фундамен- тальной (основной) частотой 50 Гц (то есть первая гармоника – 50 Гц, пя- тая гармоника – 250 Гц). Можно выделить следующие источники гармо- ник в системах электроснабжения: силовое электронное оборудование; сварочное, дуговое оборудование; насыщаемые устройства. Технология возникновения гармонических составляющих заключается в следующем: ток, потребляемый приемниками электрической энергии, имеющими нелинейную нагрузку, имеет ярко выраженный импульсный характер, что объясняется их схемными особенностями. Поэтому синусои- да напряжения становится «плоской», так как в момент импульса тока уве- личивается падение напряжения на внутреннем сопротивлении сети. К последствиям гармоник тока для электроустановок 0,4 кВ можно от- нести: сбои в работе и физический выход из строя компьютерного обору- дования; преждевременный выход из строя электродвигателей; резонанс- ные явления в электроустановках 0,4 кВ; перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий; дополнительные потери в сило- вых трансформаторах (вплоть до выхода из строя); повышенный износ, вспучивание и преждевременное разрушение конденсаторов установок компенсации реактивной мощности; ухудшение качества (несинусоидаль- ность) питающего напряжения; Для уменьшения влияния высших гармо- ник проводят следующие мероприятия: 1. Увеличивают мощность КЗ питающей системы. 2. Применяют раздельное питание электроприемников с нелинейной вольтамперной характеристикой и общепромышленных электроприемни- ков. 3. Увеличивают число фаз выпрямителя. 4. Применяют многофазный эквивалентный режим работы для группы преобразователей, например, два мостовых трехфазных преобразователя соединяют последовательно и запитывают от разных вторичных обмоток трансформатора, одна из которых соединена в звезду, а другая – в тре- угольник. 5. Применяют фильтры различных гармоник. Идеальный фильтр пол- ностью потребляет ток гармоники, генерируемой нелинейными элемента- ми. Каждое звено фильтра настроено на частоту определенной гармоники. 30 УДК 621.315 Структура автоматизированных систем контроля и учёта электроэнергии в Республике Беларусь. Гапанюк С.Г., Ковальчук Д.В. Белорусский национальный технический университет Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии (АС- КУЭ) служит для точного учёта и оперативного контроля за потребляемой и передаваемой электроэнергией с учётом существующих тарифов, а так- же для обеспечения доступа к полученным данным с целью произведения расчётов, анализа и выработки эффективной энергосберегающей полити- ки. Сегодня в энергосистеме Республики Беларусь АСКУЭ повсеместно используется и расширяется. Основными нормативными документами по проектированию, сдаче-приемке и эксплуатации таких систем служат СТП 09110.35.122-08, CТП 09110.35.126 – 09, ТКП 308-2011 (02230) и другие. Рисунок – 1 На рисунке 1 представлен пример структурной схемы АСКУЭ, кото- рую можно условно разделить на три составляющих : 1. Первичные устройства сбора и обработки информации (трансформа- торы тока и напряжения, счетчики, устройства контроля показателей каче- ства электроэнергии (УКПКЭ)). 2. Устройства сбора и передачи данных (УСПД) и проводные и беспро- водные каналы связи (RS-232, RS-485, RS-422, GSM и GPRS). 3. Автоматизированное рабочее место (АРМ) или другими словами центр сбора и обработки данных (ЦСОД), который в свою очередь может быть подключен к центру более высокого уровня. Например ЦСОД пред- приятия электрических сетей подключен в ЦСОД РУП-облэнерго. 31 УДК 621.311 Анализ протекания электромеханических переходных процессов в электроэнергетической системе Волков А.А. Белорусский национальный технический университет Подготовлена программа, позволяющая наглядно с пояснениями ото- бразить изменение режимных показателей в электроэнергетической систе- ме при возникновении больших возмущений. Анализ режима осуществля- ется по результатам расчета переходных процессов по программе Mustang. При этом могут быть использованы модели синхронных машин как без учета электромагнитных переходных процессов в контурах ротора, так и с их учетом. Программа позволяет построить и определить площадки ускорения и торможения, провести анализ изменения во времени и от угла δ таких па- раметров режима как: переходная э.д.с. генератора, выдаваемая генерато- ром в электрическую сеть мощность, ускорение и кинетическая энергия относительного движения ротора генератора, напряжения в узлах. Рис. 1. Анализ устойчивости методом площадей Составленная программа может быть использована в учебном процессе при проведении занятий по дисциплинам “Устойчивость электроэнергети- ческих систем” и “Переходные процессы в электроэнергетических систе- мах”. 32 УДК 621.311 Эффективность сооружения линий электропередачи с опорами из круглых стальных стержней Доценко В.В., Короткевич М.А. Белорусский национальный технический университет Опоры воздушных линий электропередачи выполняют в основном из равнополочного стального оцинкованного или неоцинкованного уголка, а также из стальных труб (на ответственных переходах) не смотря на под- верженность этого материала коррозии в процессе эксплуатации. Из круг- лых стержней в России сооружают антенные опоры радиорелейной связи. Целью работы является оценка эффективности применения опор из круг- лых стальных стержней. Для достижения указанной цели необходимо ре- шить следующие задачи: - рассчитать элементы опор на механическую прочность; - оценить массу сооружения; - выполнить технико-экономическое сравнение вариантов; - оценить надежность опор и срок их службы Эффективность сооружения опор из круглых стальных стержней выяв- ляется на основе сравнения выбранного типа опоры с опорами из уголков и из труб. Для сокращения металлоемкости указанных вариантов конст- рукций опоры следует рассмотреть также узкобазовые решетчатые опоры с квадратным основанием. Расчёт усилий в элементах опоры (пояса, рас- косы) выполняется с использованием современных систем автоматизиро- ванного проектирования. По значению усилий выбирается площадь попе- речного сечения элементов опоры. По удельной массе металла и длине стержней определяется его масса. Технико-экономическое сравнение вариантов исполнения опор прово- дится по минимуму приведенных затрат. Необходимо отметить, что решетки из стержней собираются только с помощью сварки, в то время как решетки из уголковой стали собираются с помощью болтовых соединений, а решетки из труб – с помощью флан- цев. Оценивается удобство и скорость монтажа разных видов опор, что учитывается при выборе оптимального варианта по методу многоцелевой оптимизации, где помимо приведенных затрат учитывается масса опоры и удобство ее монтажа. Для повышения эффективности использования опор за счет умень- шения их количества, оценена целесообразность применения термоком- пенсаторов на проводах, устанавливаемых в пролете линии. 33 УДК 621.315 О недопущении проектирования заземляющих устройств опор ВЛ без учета информации о результатах непосредственных измерений электрического сопротивления грунта в местах установки опор Драко М.А. РУП “Белэнергосетьпроект” При сооружении искусственных локальных заземлителей в районах с большим удельным сопротивлением земли ТКП-339 [1, п. 4.3.10.2] в каче- стве первоочередного мероприятия по достижению нормированного со- противления растеканию рекомендует устройство вертикальных глубин- ных заземлителей увеличенной длины, в том числе составных вертикаль- ных заземлителей длиной до 30 м, если с глубиной удельное сопротивле- ние земли снижается. Такая тенденция снижения удельного сопротивления с глубиной характерна практически для всей территории Республики Бе- ларусь. В настоящее время вертикальное электрическое зондирование (ме- тод электроразведки, применяемый для изучения горизонтально- или по- логозалегающих геологических разрезов, определения удельных сопро- тивлений отдельных горизонтов при горизонтальных или слабонаклонных границах с углами падения не более 15-20°) является наиболее достовер- ным методом изучения электрической структуры грунта. Ввиду отсутствия специалистов, средств измерений и методик выпол- нений измерений проектные организации при проектировании ЗУ опор ВЛ прибегают к проведению ВЭЗ лишь в крайних случаях. А в качестве ос- новной исходной информации принимают результаты обработки образцов грунтов и проб грунтовых вод, полученные при проведении геологических изысканий на площадках месторасположения опор. Далее по типовым ма- териалам производится выделение усредненной величины сопротивления грунтов, часто не соответствующей действительным значениям, и на осно- вании данной величины проектируется ЗУ. Однако без практического определения удельного электрического со- противления грунтов в местах расположения опор с СЗ при проведении расчетов невозможно принять оптимальную длину глубинных вертикаль- ных заземлителей, что приводит к некорректному проектированию ЗУ опор: либо к значительному перерасходу дорогих электродов СЗ, либо выходу сопротивления растеканию ЗУ за нормируемые пределы. При проектировании заземляющих устройств высоковольтных линий электропередачи, конструктивно выполненных воздушными, серьезное внимание должно уделяться изучению электрофизических свойств грун- тов, в которые планируется установка опор. 34 УДК 621.311 Выбор номинальной мощности силовых трансформаторов с учетом неопределенности исходных данных Дуль И.И., Фурсанов М.И. РУП «Белэнергосетьпроект» Белорусский национальный технический университет В докладе предложен усовершенствованный метод выбора номиналь- ной мощности трансформаторов, который разработан на основании анали- за нормативно-технических документов и стандартов, а также сущест- вующих методов выбора номинальной мощности трансформаторов. Предлагаемый метод в качестве исходных данных учитывает: - форму графика электрических нагрузок, в том числе с учетом неопре- деленности формы и сезонных изменений; - температуру окружающей среды, в том числе с учетом неопределен- ности значений и сезонных изменений температуры; - параметры систем охлаждения трансформаторов; - возможные допустимые аварийные перегрузки трансформаторов. Метод определяет ограничения режимов работы трансформаторов по допустимой температуре характерных точек, а также учитывает изменение срока службы трансформаторов по тепловой деградации изоляции. Результатами расчетов по предложенной методологии являются: - оптимальный, с точки зрения себестоимости передачи электроэнергии по трансформатору, коэффици- ент наибольшей нагрузки транс- форматора, который характери- зует нагрузку в режиме годовой наибольшей нагрузки относи- тельно номинальной мощности трансформатора (рисунок 1); - оптимальная номинальная мощность трансформатора, как с точки зрения минимизации себе- стоимости передачи электро- энергии, так и с точки зрения ограничений по аварийным ре- жимам работы трансформатора. Рисунок 1 – Стоимость передачи электроэнергии по трансформатору 35 УДК 61.513.5 Создание системы умного дома с использованием устройства с OC Android и микросхемы Arduino Евменьков М.А., Новиков С.О. Белорусский национальный технический университет В 2011 г. корпорация Google представила стандарт Android Open Accessory, который обеспечивает взаимосвязь между внешними USB- устройствами (Arduino-подобными платами и др.) и Android-устройством. Данная взаимосвязь между устройством на базе Android и Arduino-подобными платами открывает массу возможностей для разработчика и радиолюбителя: управление сервоприводами, двигателями, индикацией с Android-телефона, считывание состояния датчиков на Android телефоне или планшете, таких как гироскоп, акселерометр и многое другое. На сегодняшний день существует уже достаточное количество плат разработчика, поддерживающих Android Open Accessory протокол. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение для всех пользовате- лей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуа- ции, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать. Для реализации «умного» дома предлагается использовать микросхему IOIO – это микросхема ввода/вывода для Android телефонов и планшетов. Для напи- сания программного кода управления этими интерфейсами используются те же средства, как и при разработке приложений для Android, а также простая в использовании библиотека (IOIOLibAccessory). Система освещения контролирует уровень освещенности в помещении, в том числе для экономии электроэнергии за счет рационального использования естественного освещения. Некоторые подсистемы: автоматика для включе- ния/выключения света в заданное время суток; датчики движения для вклю- чения света только тогда, когда в помещении кто-то находится; автоматика для открытия/закрытия ставней, жалюзи, для регулировки прозрачности спе- циальных оконных стекол. В систему безопасности и мониторинга входят следующие подсистемы: система видеонаблюдения; система контроля доступа в помещения; GSM- мониторинг — удалённое информирование об инцидентах в доме и управле- ние системами дома через телефон. Разработанное приложение позволяет получать изображение с камеры мо- бильного устройства и транслировать его в сети интернет. Благодаря полу- ченной системе «умного» дома пользователи смогут экономить электроэнер- гию, а также чувствовать себя и свой дом в безопасности, и все это за относи- тельно малую стоимость комплектующих. 36 УДК 621.311 Секционирование распределительных электрических сетей Калентионок Е.В. Белорусский национальный технический университет Современные распределительные электрические сети характеризуются большой протяженностью и разветвленностью, многообразием применяемо- го оборудования. При этом общее число ответвлений доходит до 30, а их протяженность составляет больше половины суммарной длины линии. На ответвлениях, как правило, в качестве коммутационных аппаратов устанав- ливаются разъединители с ручным управлением. В этом случае любое по- вреждение на ответвлении вызывает отключение и прекращение электро- снабжения потребителей всей линии. Поскольку процесс поиска и локализа- ции повреждения выполняется оперативными выездными бригадами путем осмотра и оперативных переключений в поврежденной линии, то длитель- ность прекращения электроснабжения потребителей составляет от несколь- ких часов до суток. Вместе с тем, автоматическое секционирование, т.е. де- ление линии на несколько участков с помощью автоматически управляемых коммутационных аппаратов (выключателями, реклоузерами, выключателя- ми нагрузки, отделителями, интеллектуальными разъединителями), позво- ляет отключить только поврежденный участок. В этом случае значительно уменьшается недоотпуск электроэнергии и ущерб потребителей при возник- новении повреждений в электрической сети и тем самым повышается на- дежность электроснабжения потребителей. Вместе с тем секционирование электрической сети управляемыми коммутационными аппаратами требует дополнительных капитальных вложений. Показано, что обоснование целесообразности дополнительных затрат на установку устройств автоматического секционирования возможно только по критериям общественной (социально-экономической) эффективности, отра- жающим интерес всех субъектов хозяйствования (электрических сетей и потребителей электроэнергии). В качестве таких критериев возможно ис- пользование минимума приведенных затрат, частого дисконтированного дохода, срока окупаемости, учитывающих как затраты электрических сетей на установку секционирующих устройств, так и эффект получаемый потре- бителями от осуществления автоматического секционирования. Установлено, что оптимальное количество секционирующих устройств зависит от их типа и стоимости, ущербов потребителей от перерывов элек- троснабжения, технического состояния и длины распределительных линий электропередачи, принятых расчетного периода и норматива дисконтирова- ния, выполнения технических ограничений в электрической сети. 37 УДК 621.311 Выбор проектных решений при строительстве воздушных линий электропередач над лесным массивом Колодько Н.И. Белорусский национальный технический университет Политика Республики Беларусь направлена на сохранение природного достояния нашей страны. Одним из таких достояний являются наши леса, занимающие приблизительно третью часть территории республики. Они играют важную роль для своего региона, выполняя водоохранную, водоре- гулирующую, противоэрозионную, климаторегулирующую, почвозащит- ную и полезащитную функции. В условиях повышенного внимания к про- блемам экологии, могут найти своё применение воздушные линии элек- тропередачи, проходящие над лесным массивом. Помимо уменьшения ущерба окружающей среде по сравнению с линиями с традиционными типами опор, применения линий такого исполнения позволит снизить за- траты на обслуживание охранных зон линий, связанные с вырубкой леса, а также исключить вероятность отключения линий, вследствие падения де- ревьев или их ветвей на провода. Целью исследования является разработка экономически эффективного подхода к выбору проектных решений при строительстве воздушных линий электропередачи, проходящих по землям лесного фонда, учитывая требования надежности передачи электроэнергии потребителям. Для достижения поставленной цели необходимо разрабо- тать методику, позволяющую выявить путем сравнения технико- экономических показателей линии наиболее целесообразный вариант. При этом необходимо рассмотреть различные конструктивные исполнения опор, учитывая затраты на их транспортировку, простоту их сборки и ус- тановки, а также последующие эксплуатационные расходы в процессе функционирования линии электропередачи. Исследования будут проводиться на основе технико-экономических расчетов, используя многокритериальный подход для выбора наиболее целесообразного варианта. В качестве основного технико-экономического критерия будет выступать: минимум приведенных затрат. Большое внима- ние будет уделено оценке экологического влияния рассматриваемых ли- ний электропередач на окружающую среду. Рассматриваются следующие экологические критерии: напряженность электрического и магнитного полей под линией электропередачи, ширина просеки вдоль трассы линии, площадь отчуждения земли, уровень акустического шума, вызванного яв- лением короны. Также будет проведена оценка надежности рассматривае- мых вариантов исполнения линий электропередачи. 38 УДК 621.311 Определение оптимальной продолжительности межремонтного периода электросетевого оборудования и линий Кравель Д.И., Короткевич М.А. Белорусский национальный технический университет Проблема определения оптимальной продолжительности межремонт- ного периода для электросетевого оборудования и линий связана со стрем- лением к полному использованию нагрузочной способности и максималь- но возможному отдалению момента реконструкции сети. При оптималь- ной продолжительности межремонтного периода затраты на капитальные ремонты оборудования и линий имеют наиболее рациональное значение. В результате наблюдается снижение себестоимости передачи электроэнер- гии в распределительных электрических сетях. Оптимальная продолжи- тельность межремонтного периода для нерезервированной сети ниже со- ответствующих значений по сравнению с резервированной сетью соответ- ственно для кабельных линий (КЛ) в 1,2-1,4 раза, для трансформаторов – в 1,2-1,8 раза. Для сети из 12 трансформаторных подстанций оптимальная продолжительность межремонтного периода для кабельных линий в 1,1- 1,3 раза больше, чем для сети из 8 трансформаторных подстанций, а зна- чения оптимальной продолжительности межремонтного периода для трансформаторов практически соизмеримы. Для резервированной сети при соотношении a к/ 3,0=с с значения оп- тимальной продолжительности межремонтного периода в 1,3 раза выше, чем при a к/ 1,8=с с как для КЛ, так и для трансформаторов. Для нерезер- вированной сети значения оптимальной продолжительности межремонт- ного периода как для КЛ, так и для трансформаторов практически не из- менились, что указывает на то, что изменение соотношения стоимости ремонтов a к/с с влияет незначительно. Оптимальная продолжительность межремонтного периода для нерезер- вированной электрической сети при полной загрузке трансформаторов выше в 1,1-1,2 раза для КЛ и в 1,05-1,1 раза для трансформаторов, чем при загрузке трансформаторов лишь наполовину (как для сети, состоящей из 8 подстанций, так и для сети из 12 подстанций). Результаты могут применяться при эксплуатации распределительных электрических сетей и служить основанием для изменения расходов де- нежных средств на капитальный ремонт. Также при уменьшении затрат будет наблюдаться снижение себестоимости передачи электроэнергии в распределительных электрических сетях. 39 УДК 621.311.4-742 Методы и алгоритмы оценки и совершенствования молниезащиты низковольтных систем электрических подстанций Криксин П. В. Белорусский национальный технический университет Требования к молниезащите низковольтных систем высоковольтных электрических подстанций постоянно возрастают, что обусловлено необ- ходимостью обеспечения высокой надежности работы оборудования, соз- дания благоприятной электромагнитной обстановки, физическим и мо- ральным износом оборудования и молниезащиты подстанций. Необходи- мость исследований в этом направлении также обусловлена недостатками и противоречиями в действующих стандартах и методических документах, отсутствием установившихся практик и процедур построения и обслужи- вания молниезащиты. Особенно актуально решение существующих про- блем для действующих подстанций с открытыми распределительными устройствами 110 кВ и сверхнормативным сроком эксплуатации. Для решения указанных проблем была поставлена цель, которая за- ключается в поиске способов повышения эффективности молниезащиты подстанций. Для достижения цели выполнены следующие исследования. Проведен обзор и критический анализ литературных источников и фак- тической информации о текущем состоянии молниезащиты на 62 высоко- вольтных подстанциях с ОРУ 110 кВ, выполнены теоретические расчеты. Исследованы наиболее опасные для низковольтных систем подстанций электромагнитные влияния молнии. Изучена физика процессов, определе- ны и верифицированы физико-математические модели влияний, исследо- ваны факторы, входящие в модели, построены графы, отражающие взаи- мосвязь между факторами и влияниями молнии. Для практического при- менения результатов исследований разработаны контрольные перечни, которые могут применяться при создании и обслуживании молниезащиты высоковольтных подстанций. Разработаны методики выполнения измерений основных влияний мол- нии путем имитации ударов молнии. Методы позволяют определить ин- тервал, в котором истинное значение влияния находится с точностью 95 %, что повышает достоверность экспериментальной информации. Разработаны структурные алгоритмы улучшения молниезащиты, кото- рые позволяют повысить эффективность применения существующих зна- ний, снизить затраты на создание и обслуживание молниезащиты, обеспе- чить более высокие показатели надежности молниезащиты. 40 T2 TG2 ЭС T1 Sн TG1 УДК 621.311 Расчёт электромеханического переходного процесса в системе двух синхронных машин с АРВ СД при однофазном коротком замыкании в MATLAB Золотой А.А., Кунцевич А.И. Белорусский национальный технический университет Рассмотрим электромеханический переходной процесс при однофаз- ном коротком замыкании (далее КЗ) в схеме электропередачи, изображен- ной на рис. 1. В момент времени tкз= 0,1с в середине линии Л1 происходит однофазное КЗ с последующим отключением Л1 в момент tоткл= 0,2с. Рис. 1. Схема электропередачи Параметры электрооборудования: Турбогенератор TG1: ТГВ-300; Трансформатор Т-1: ТЦ-400000/330; Турбогенератор TG2: ТГВ-200; Трансформатор Т-2: ТЦ-400000/330; Линия Л1: L=180 км, 2АС-300/39; Линия Л2: L=180 км, 2АС-300/39; Напряжение электропередачи Uн = 330 кВ. Параметры установившегося режима: STG1=150 + j65 МВ·А; STG2=100 + j65 МВ·А; Sн=220 + j140 МВ·А. Параметры системы возбуждения и АРВ СД: KU = 50; K´U = 5; KF = 2; K´F = 5; UРВ(max) = 6; UРВ(min) = –6; TРВ = 0,04с; TСВ = 0,04с; Eqe(max) = 2; Eqe(min) = –1,6, Eq(max) = 2, Eq(min) = 0,6. При расчете электромеханического переходного процесса использо- вался решатель систем дифференциальных уравнений MATLAB ode23tb. Рис. 2. Расчет основной гармоники токов Л1, Л2 и углов нагрузки TG1, TG2 при K(1) Изменение первых гармоник тока линий L1 и L2 при K(1) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 t, c IL , к А IL1 при K(1) IL2 при K(1) Изменение углов нагрузки TG1 и TG2 при K(1) 15 20 25 30 35 40 45 50 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 t, c d, г ра д Угол нагрузки TG1 Угол нагрузки TG2 Л1 Л2 K(1) 41 УДК 621.311 Анализ коммутационных аппаратов для секционирования воздушной электрической сети 10 кВ Лешкович Е.В. Белорусский национальный технический университет Для выполнения секционирования распределительной воздушной сети 10 кВ может использоваться практически любая коммутационная аппара- тура: разъединители, отделители, выключатели нагрузки, элегазовые и вакуумные выключатели и т.п. Простейшим и самым распространенным коммутационным аппаратом в распределительных электросетях пока остается разъединитель. Комму- тационная способность разъединителей при отключении и включении то- ков замыкания на землю, токов нагрузки ограничена. Отделитель предназначается для секционирования главным образом ответвлений (отпаек) от магистрали ВЛ 10 кВ и монтируется на опоре в начале отпайки. Он может отключать участок линии во время бестоковой паузы, создаваемой отключением ближайшего к отделителю со стороны питания выключателя. Это позволяет иметь на головном выключателе ли- нии или пункте секционировании простую защиту и не требует дополни- тельного разъединителя для создания видимого разрыва при работах на отпайке. Относительная простота конструкций выключателей нагрузки, их ма- лая стоимость, а также положительный опыт эксплуатации позволяют сде- лать вывод о целесообразности широкого применения этих аппаратов. Не- достаток выключателей нагрузки - невозможность АПВ и отключения ТКЗ. Для секционирования сети так же большое распространение получили вакуумные выключатели. Основным недостатком вакуумных выключате- лей, являются существенно более высокая стоимость по сравнению с ана- логичными выключателями других типов. В настоящее время в распределительных электросетях широкое приме- нение получили вакуумные реклоузеры, представляющие собой совокуп- ность вакуумного коммутационного модуля со встроенной системой изме- рения токов и напряжения и шкафа управления с микропроцессорной сис- темой релейной защиты и автоматики. Выбор типа аппарата определяется требованиями к надежности элек- троснабжения и существующей схемой сети 10 кВ, материально- техническими возможностями и предполагаемым уровнем автоматизации распределительной сети. 42 УДК 621.311:017 Оперативные расчёты потерь электроэнергии в сетях 0,38-10 кВ Макаревич В.В. Белорусский национальный технический университет Современное информационное обеспечение распределительных элек- трических сетей 0,38–10 кВ, организованное на основе ОИК, позволяет выполнять оперативные расчёты потерь в данных сетях методом графиче- ского интегрирования. Схема (см. рисунок) и все расчеты выполняются в пофазном исполне- нии. В качестве исходной режимной информации используются: • графики нагрузок Pи Q, снятые цифровыми приборами учета на головных участках распределительных линий 6-10 кВ; линиях связи 6-10 кВ между сетями разных районов электрических сетей (по схеме РП 57); автономных источниках дополнительной генерации (на рисунке узел 4); • установленная активная мощность потребителей сети 0,38 кВ; • типовые (полученные в условиях эксплуатации) графики нагрузок однофазных потребителей сети 0.38 кВ и их установленные мощности. Расчет режима такой сети (вернее, серии расчетов режимов) выполня- ются сверху вниз от источника питания сети 10 кВ к конечному потреби- телю сети 0,38 кВ. Расчет ведется с учетом потерь мощности на участках и по фактическим напряжениям узлов/ 43 УДК 61.513.5 Построение лабораторной модели микроконтроллерного АПВ линии с масляным выключателем Новиков С.О., Новикова Л.И. Белорусский национальный технический университет Одной из важнейших задач при создании программных лабораторных комплексов является возможность реализовывать прототипы без примене- ния дополнительных средств. Рассмотрим порядок построения прототипа системы управления с использование средств комплекса CoDeSys и ком- плекса клиента MatrikonOPCExplorer. Matrikon OPC Explorer — это спе- циализированное программное обеспечение для работы с OPC-серверами. В комплексе CoDeSys посредником между средой разработки и ПЛК служит специальное приложение — шлюз связи (gateway). Шлюз связи взаимодействует с интегрированной средой через Windows сокет- соединение, построенной на основе протокола TCP/IP. По умолчанию шлюз связи настроен на локальную работу (local host) и запускается авто- матически при установлении связи с ПЛК из интегрированной среды. Для создания лабораторной модели АПВ ли- нии в качестве ПЛК использется средства ком- плекса CoDeSys, а в качестве иммитации внеш- него возмущения – Matrikon OPC Explorer. Для реализации АПВ, на языке LD, написана программа, реализующая действия автоматики для случаев неустойчивого и устойчивого по- вреждений выключателя Q3. Управление этими состояниями выполняется из среды Matrikon OPC Explorer. Мнемосхема, изображен- ная на рисунке, отображет порядок работы обо- рудования в случае аварийных ситуаций. Лабо- раторная модель позволяет студенту в реальном времени ознакомиться с работой программного комплекса CoDeSys, на- стройкой параметров ОРС сервера и передачей информации по каналам связи. 44 УДК 621.311 Повышение эффективности использования трансформаторного парка распределительных электросетей Петрашевич Н.С. Белорусский национальный технический университет Нормативный срок эксплуатации масляных трансформаторов, состав- ляет 25 лет. Однако на практике реальный срок эксплуатации зачастую превышает это значение. В то же время существующие методики технико- экономической оценки не учитывают изменения потерь мощности транс- форматора в течение срока его службы. Упрощённый метод решения задачи об оптимизации замены транс- форматоров предполагает замену установленного трансформатора на но- вый по критерию максимума индекса доходности. Экономический расчёт, предполагает списание старого трансформатора как отработавшего свой ресурс. Однако на практике может сложиться ситуация, когда трансформа- тор, заменённый новым на одной подстанции, будет вполне работоспособ- ным и может быть установлен на другой подстанции энергосистемы и продолжит своё функционирование. Такая практика замены может быть оправдана при ограниченных финансовых ресурсах и требует тщательного технико-экономического обоснования. Алгоритм решения данной задачи представлен ниже.Теоретически, оптимизация электрической сети воз- можна только за счёт замены трансформаторов. Это может быть следстви- ем значительного расхождения номинальных мощностей трансформаторов и величины их реальной загрузки. В таком случае решение представляет собой замкнутый маршрут движения вдоль рёбер – контур. Для наилучше- го маршрута вес такого контура должен быть отрицательным или, при на- личии нескольких отрицательных контуров, наименьшим из отрицатель- ных. Возможное присутствие отрицательного цикла в графе замены не позволяет использовать некоторые алгоритмы поискав полном объёме, например, такие как алгоритм Дейкстры и Флойда-Уоршелла. Поэтому для специфической задачи оптимизации размещения трансформаторов исполь- зование алгоритма Беллмана-Форда представляется наиболее целесообраз- ным. Разработанный алгоритм оптимального размещения трансформаторов может быть успешно реализован на ПЭВМ для оптимизации распредели- тельных электрических четей. Помимо очевидных технических ограниче- ний, алгоритм, с некоторыми доработками, может использоваться и для более сложных случаев оптимизации. 45 УДК 621.3 Концепция обучения по специальности «Электроэнергетические системы» Петруша Ю.С. Белорусский национальный технический университет Диплом инженера является пожизненным сертификатом на занятие должностей и проведение работ связанных, в том числе, с опасностью для здоровья и жизни людей. Совокупность знаний и навыков получаемых при обучении специаль- ности по большей части ориентировано на работу по окончании учебы и не всегда достаточна для решения задач организационного управления на руководящих должностях. Развитие системы образования естественным образом связана с актуа- лизацией предлагаемых знаний, адаптацией формируемых навыков требо- ваниям отрасли, использованию адекватных времени методик обучения и совершенствованию педагогического процесса. Практически ничего не говорится о корпоративной культуре и идеологии профессии Представляется целесообразным выделение основополагающих дисци- плин и более строгая координация прочих дисциплин специальности, фак- тически более полно раскрывающих разделы и детали специальности. Од- новременно все дисциплины группируются в циклы внутри которых соб- раны близкие по предмету изучения. Курирование отдельных циклов сле- дует поручить ведущим доцентам и профессорам кафедры. Следование рекомендациям о свободе выбора студентом дисциплин и специализаций логично увязать с ответом на вопрос для кого студент проходит обучение – для себя, направившего его предприятия или отрасли экономики, являет- ся ли его обучение платным или бюджетным. Подачу материала и аттестацию навыков в период обучения следует дифференцировать от простой суммы знаний к решению стандартных за- дач и умению проводить сравнительный анализ. Способность делать вы- бор, оперировать не только жестко детерминированными понятиями но и не вполне определенными категориями должны быть основой образования специалистов руководящего звена. Идеальным вариантом можно считать ориентацию студента на уровень подготовки для работы линейным масте- ром, проектировщиком или руководителем предприятия или даже отрасли. Существенно должна быть усилена связь с отраслью - от более плодо- творных учебных производственных практик до принятия участия специа- листов отрасли в формировании учебных программ и непосредственно учебном процессе. 46 УДК 621.311 Учет эффективности изменения переменных при оптимизации режимов энергосистем по напряжению и реактивной мощности Прокопенко В.Г. Белорусский национальный технический университет Известно, что задача оптимизации режимов энергосистем по напряже- нию и реактивной мощности является весьма эффективным мероприятием по улучшению технико-экономических показателей работы электрических сетей. Она не связана с дополнительными капитальными затратами и от- носится к числу первоочередных, решаемых в энергосистемах. Известные алгоритмы решения данной задачи формулируют ее как min{ΔP(K, Q) / K, Q ∈ R)}, где ΔP – суммарные потери активной мощности в расчетной схеме сети; K, Q – векторы независимых переменных: коэффициентов трансформации автотрансформаторов связи и реактивных мощностей источников; R - об- ласть допустимых решений, ограниченная равенствами и неравенствами технических ограничений. Для решения данной задачи применяется ряд оптимизационных мето- дов, учитывающих дискретность и непрерывность изменения переменных, связанность, несогласованность. Алгоритмы предусматривают поочеред- ное изменение векторов переменных, например, первым изменяется вектор К, а вторым – вектор Q или наоборот. В обоих случаях задача как-то реша- ется: потери снижаются, но на разную величину и при этом напряжения в ряде улов схемы сети достигают допустимых пределов. Для более точного решение задачи разработан алгоритм на основе ис- пользования пошагового метода оптимизации с анализом предыстории. Оптимизационный расчет выполняется в следующем порядке: а) по результатам пошаговых сравнительных расчетов режимов сети выбирается коэффициент трансформации, который в наибольшей степени уменьшает величину потерь мощности в сети и при этом рассчитывается суммарное изменение напряжений узлов схемы сети; б) по результатам пошаговых сравнительных расчетов режимов сети выбирается источник реактивной мощности, который в наибольшей степе- ни уменьшает величину потерь мощности в схеме сети при условии, что изменение мощности его приводит к суммарному изменению напряжений узлов схемы сети, равному по величине от изменения коэффициента трансформации, выбранного на предыдущем этапе расчета; в) сравниваются два решения и выбирается оптимальное и далее опти- мизационный расчет повторяется. 47 УДК 621.315 Применение искусственных нейронных сетей для определения расстояния до места повреждений в электрических сетях Рубинштейн Д.Б. Белорусский национальный технический университет В качестве основного средства для определения расстояния до мест од- нофазных повреждений в работе используются искусственные нейронные сети: многослойный персептрон, с алгоритмами обучения Левенберга- Марквардта и байесовской регуляции. Основные исследуемые направления: 1. оценка влияния переходного сопротивления в месте замыкания на землю на точность определения расстояния до места повреждения; 2. оценка влияния нагрузки на сеть на точность определения рас- стояния до места повреждения; 3. оценка влияния количества исходных данных на точность опреде- ления расстояния до места повреждения. Критерием оценки выступает погрешность определения расстояния до места однофазного повреждения. По результатам исследования установлено, что величина нагрузки не- значительно влияет на точность определения места повреждения с помо- щью искусственной нейронной сети. Основным фактором, ограничиваю- щий точность определения расстояния с помощью ИНС является переход- ное сопротивление в месте замыкания. Кроме того, точность определения расстояния до места однофазного повреждения зависит от величины вы- борки данных для обучения. Так при достижении количества данных для обучения порядка тысяч, график приближается к асимптоте, и точность определения расстояния до места повреждения с использованием искусст- венной нейронной сети становится приемлемой для использования в усло- виях эксплуатации. Точность определения расстояния до места однофазного повреждения с использованием правильно обученной искусственной нейронной сети ко- леблется в пределах от 6% до 10%, что является приемлемым показателем использования подобного метода в промышленной эксплуатации. Так же в работе представлена структурная схема устройства поиска мест повреждений, использующая вышеприведенный подход. 48 УДК 621.311.017 Оптимизация режимов основных электрических сетей по напряжению и реактивной мощности дискретным методом в MATLAB Золотой А.А., Секацкий Д.А. Белорусский национальный технический университет Активное применение в замкнутых электрических сетях устройств продольно-поперечного регулирования позволяет снизить потери актив- ной мощности. Нахождение оптимальных потерь строится на расчёте се- рии нормальных режимов сети с последующим их анализом. Дискретная оптимизация потерь часто выполняется методом покоординатного спуска. Основным его недостатком является сильная зависимость результата от выбора последовательности вводимых в оптимизацию переменных. Авторами предлагается метод дискретной оптимизации режимов элек- трических сетей, свободный от указанного недостатка. Выбор последова- тельности оптимизируемых переменных основан на одношаговом анализе предыстории. Шаг в направлении улучшения целевой функции выполня- ется переменой, которая оказывает наибольшее влияние. Нахождение та- кой переменной выполняется анализом предыстории их изменения в пред- дверии шага. Эффективность метода исследовалась сопоставлением его с методом покоординатного спуска. Оба метода были применены к решению в среде MATLAB задачи оптимизации по напряжению и реактивной мощности электрической сети 220-750 кВ, состоящей из 69 узлов, 67 линий и 24 ав- тотрансформаторов. Переменными задачи являлись 11 автотрансформато- ров связи. Методом покоординатного спуска удалось снизить потери на 5,7 % за 55 шагов, а методом с одношаговым анализом предыстории – на 7,5 % за 14 шагов. Трудоёмкость шага предлагаемым методом на 6 % вы- ше чем в методе покоординатного спуска. На рис. 1 показано изменение потерь активной мощности в сети при оптимизации двумя методами. Рис. 2 – Изменение потерь активной мощности в сети 49 УДК 621.311 Разработка технологических карт на установку промежуточных и анкерно-угловых повышенных металлических опор воздушных линий электропередачи напряжением 330 кВ Короткевич М.А., Сергейчук И.М., Соколова М.Е. Белорусский национальный технический университет Повышенные в 1,5 раза (до 60 м) металлические опоры потребовались для обеспечения прохождения впервые сооружаемой в Республике Бела- русь воздушной линии электропередачи напряжением 330 кВ над лесным массивом. В состав технологической карты входит: разработка схем уста- новки опор и падающей стрелы, выбор конструктивного устройства и оп- ределения размеров падающей стрелы, выбор площади поперечного сече- ния такелажных приспособлений. Масса промежуточной опоры – 22,9 т, анкерно-угловой – 41,7 т. Поло- жение центра тяжести опор – 24,5 м (промежуточная) и 24,9 м (анкерно- угловая). Установку опор предполагалось выполнить с помощью падаю- щей стрелы, высота которой варьировалась от 24 до 36 м. Нами были указаны места закрепления подъёмного троса к опорам. Усилия, возникающие в падающей стреле, подъёмном и тяговом тросах, а также горизонтальное усилие, воздействующее на фундамент опоры в на- чале подъёма, при достижении опорой 30° и после выхода падающей стре- лы из работы, определялись графо-аналитическим методом. Расчётные значения указанных усилий вычислялись путём их умножения на коэффи- циент запаса прочности (равен 6,0) и коэффициент, учитывающий рывки тяговых механизмов (равен 1,4). По данным усилиям выбиралась площадь поперечного сечения такелажных приспособлений. Установлено, что при увеличении высоты падающей стрелы с 30 до 36 м, усилия на подъёмный, тяговый тросы и фундамент снижаются в 1,2 раза. Рассматривались различные варианты мест установки падающей стре- лы (у фундамента и дальше фундамента в сторону опоры под углами 45° и 90° к горизонту). Наиболее целесообразным признан вариант установки падающей стрелы у фундамента под углом 45° в сторону опоры, подъём которой, в свою очередь, в исходное положение осуществляется грузо- подъёмным краном и двумя тракторами. Предложена решётчатая конструкция А-образной падающей стрелы из уголковой стали высотой 36 м и базой (нижней балкой) размером 18 м. По условиям прочности и устойчивости определены размеры уголков для конструирования стоек и базы падающей стрелы. 50 УДК 621.315 Определение надежности главных схем электрических соединений электростанций Старжинский А.Л. Белорусский национальный технический университет Выбор схем электрических соединений является важным и ответствен- ным этапом проектирования электростанций. От выбранной схемы зависит надежность работы электроустановки, ее экономичность, оперативная гибкость (т.е. приспособляемость к изменяющимся условиям работы) и удобство эксплуатации, безопасность обслуживания, возможность расши- рения. Для трех типов электрических станций характерных для Белорус- ской энергосистемы, - теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) мощностью 3×180 МВт, государственной районной электростанции (ГРЭС) мощно- стью 8×300, атомной электрической станции (АЭС) мощностью 2×1200 МВт определим показатели надежности схемы. Расчет надежности главных схем электрических соединений электростанций выполним с по- мощью программы “TOPAS”. Полное погашение схемы (потеря трех генераторов и одиннадцати линий) исследуемой тепловой электростанции (ТЭЦ), где закрытое рас- пределительное устройство 110 кВ выполнено по схеме две рабочие сек- ционированные системы шин с обходной происходит в 2,97 раза реже, чем потеря двух любых генераторов и пяти линий и в 202,1 раза реже, чем по- теря одного генератора и одной линии. Для исследуемой государственной районной электростанции (ГРЭС), где открытое распределительное устройство (ОРУ) 330 кВ выпол- нено по схеме две системы шин и тремя выключателями на две цепи (по- луторная схема 3/2), полное погашение схемы произойти не может. Потеря четырех генераторов и трех линий происходит в 152,6 раза реже, чем по- теря трех любых генераторов и двух линий. Схема исследуемой атомной электрической станции (АЭС) выполнена также как и схема ОРУ 330 кВ ГРЭС (полуторная схема 3/2). Полное по- гашение схемы (отключение двух любых генераторов и семи линий) про- исходит в 9 раз реже, чем потеря одного любого генератора и одной ли- нии. По результатам расчетов видно, что показатели надежности схемы ОРУ 330 кВ исследуемой ГРЭС и АЭС имеют близкие значения, но схема ГРЭС оказалась более надежной, т.к. для нее характерно большее количество генераторов и более низкое значение частоты отказа генератора (в 1,4 раза). 51 УДК 621.315.99 Дистанционное определение расстояния до мест однофазных повреждений в устройствах микропроцессорных защит Фурс М.Л. Белорусский национальный технический университет В настоящее время широкое применение находят методы определения места повреждения ВЛ, основанные на измерении токов и напряжений в период короткого замыкания, называемых параметрами аварийного режи- ма. Существуют несколько основных методов ОМП по параметрам ава- рийного режима: 1) определение места повреждения по фазному напряжению и току поврежденного провода; 2) определение места повреждения по мгновенным значениям токов и напряжений; 3) определение расстояния до места замыкания на основе фиксации интегральных параметров аварийного режима; По результатам исследования показано, что наиболее оптимальным ме- тодом из всех рассмотренных является метод определения места повреж- дения на основе фиксации интегральных параметров аварийного режима с помощью одностороннего замера. По данному методу решение сводится к простой формуле: 𝑋1𝑘 = 𝑋 − 𝑅 ∙ 𝑡𝑔(𝛼)𝑋л 𝑅л − 𝑡𝑔(𝛼) ∙ 𝑋л𝑅л , где параметры α, X и R: 𝛼 = 𝑎𝑟𝑔 � 𝐼0� 𝐼ф� + 𝑘 ∙ 𝐼0�� ,𝑅 = 𝑅𝑒 � 𝑈ф����𝐼ф� + 𝑘 ∙ 𝐼0�� ,𝑋 = 𝐼𝑚 � 𝑈ф����𝐼ф� + 𝑘 ∙ 𝐼0��, где 𝑈`ф�����2T – фазное напряжение поврежденного провода в начале ВЛ; 𝐼`ф����2T– фазный ток поврежденного провода в начале ВЛ; 𝐼`0���� 2T– ток нулевой последовательности в начале ВЛ; 𝑘 – коэффициент компенсации по току нулевой последовательности. При использовании данного метода экспериментально установлено, что погрешность не превышает 13 % при значении переходного сопротив- ления в месте КЗ от 0 до 200 Ом. Таким образом, данный метод имеет допустимую погрешность в зави- симости от роста переходного сопротивления и может быть реализован в устройствах микропроцессорной релейной защиты. 52 УДК 621.311:017 Выбор экономически обоснованных мероприятий по снижению потерь электроэнергии Фурсанов М.И., Макаревич В.В., Гецман Е.М. Белорусский национальный технический университет Расчет и обоснование нормативов расхода электроэнергии на её пере- дачу по электрическим сетям выполняют с целью установления норм топ- ливно-энергетических ресурсов при формировании тарифов на электриче- скую энергию. Кроме того, величина потерь необходима для решения тех- нико-экономических задач повышения экономичности функционирования энергосистем, осуществляемые эксплуатационным персоналом: выявление очагов потерь, разработка мероприятий по их снижению, создание систе- мы стимулирования персонала. Задача выбора экономически обоснованных мероприятий по снижению потерь электроэнергии пока еще не решена и находится в постоянном раз- витии. Это объясняется ее сложностью, практическим отсутствием глубо- ких теоретических проработок по обоснованию рекомендаций с целью проведения качественного анализа режимов и потерь электроэнергии и однозначных критериев оценки экономичности работы электрических се- тей. В целом, в условиях эксплуатации снижение потерь (как технических, так и коммерческих) обеспечивается за счет постепенной адаптации режи- мов и параметров сети к реально существующим нагрузкам и применения новых типов оборудования (более экономичных схем, высокотехнологич- ных устройств, в том числе трансформаторов, проводников, компенси- рующих и регулирующих приборов, коммутационных аппаратов, а также современных электронных систем учета и контроля электроэнергии и т.д.). Международные эксперты рекомендуют следующие пределы техноло- гического расхода электроэнергии: в целом по энергосистеме: до 10 % -допустимый уровень, до 16 %- максимально допустимый; по распределительным электрическим сетям: до 5 % - удовлетвори- тельный уровень, до 10 % - максимально допустимый уровень. Технически обоснованным значением фактических потерь электро- энергии зарубежные эксперты считают 10 %, что для энергосистемы Рес- публики Беларусь вполне приемлемо. 53 УДК 621.311 Структурный алгоритм оценки оптимального уровня технических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях Фурсанов М.И. Белорусский национальный технический университет В докладе оценены и проанализированы загрузка и оптимальные уров- ни относительных технических потерь электроэнергии в основных струк- турных составляющих распределительных сетей. Практическое применение разработанных теоретических положений показано ниже на примере результатов расчета одного из районов элек- трических сетей Республики Беларусь. Структурный алгоритм оценки оптимального уровня потерь электро- энергии в электрической сети 0,38-10 кВ РЭС и резервов по их снижению следующий: 1. Определяем оптимальное значение (минимум) суммарных техниче- ских потерь электроэнергии ΔWопт в сети 0,38-10 кВ РЭС в именованных единицах: ΔWопт = 2ΔWуп = 2∙1609,360 = 3218,700 тыс. кВт∙ч. 2. Определяем оптимальную величину ΔWопт в относительных едини- цах: ΔWопт% =(ΔWопт/Wр)10 2 = (3218,700/40860,749)102 ≈ 7,88 %. 3. Годовой резерв по снижению потерь электроэнергии δΔWт составля- ет δΔWт = ΔWр∑ - ΔWопт = 4862,462 – 3218,700 = 1643,762 тыс. кВт∙ч в именованных единицах, или δΔWт% = (1643,762/4862,462)10 2 = 4,02% от величины Wр или (1643,762/4862,462)10 2 = 33,80% - от годового значения ΔWр∑. 4. Вычисляем обобщенные эквивалентные сопротивления сети 6-10 кВ: Ом859,0 2116,1)2771,01(2749,40860 8760210112,3253 k)2tg1(2pW Т210W R = ⋅+ ⋅⋅ = ϕ+ ∆ = 2 ф н эс ; 5. Вычисляем 1038,0 Wk − ∆ по формуле: 079,0 8760859,0 10350,1609 118,15812 10 k 6 1038,0 W =⋅ ⋅ ⋅ =−∆ или 7,9 %. 54 УДК 621.311 Оптимальные уровни потерь в распределительных электрических сетях энергосистем Фурсанов М.И. Белорусский национальный технический университет Исследована разветвленная электрическая сеть 0,38-10 кВ и определе- ны условия обеспечения оптимальной загрузки сети и технически обосно- ванных (минимальных) значений технологического расхода электроэнер- гии. Показано, что оптимальное значение (минимум) суммарных техниче- ских потерь электроэнергии в электрической сети 0,38-10 кВ достигается при равенстве условно-постоянных и переменных (нагрузочных) потерь в сети и в именованных единицах за период Т характеризуется удвоенной величиной условно-постоянных потерь. Оптимальная загрузка трансфор- маторов определяется их техническими характеристиками, равна пример- но 40 % «соответствует относительно небольшому значению минималь- ных потерь - 1,73 %. В целом в сети 0,38-10 кВ оптимальный коэффициент загрузки при неизменном составе оборудования в значительной мере зави- сит от ее конфигурации и конструктивного исполнения. Чем больше раз- ветвленность сети, тем меньше будут эквивалентные сопротивления линий и тем больше значение оптимального коэффициента загрузки. Основное влияние на формирование и величину суммарных потерь электроэнергии в сети 0,38-10 кВ оказывают сети 0,38 кВ - потери в них при прочих равных условиях, как правило, больше потерь в сети 10 кВ в несколько или даже в десятки раз. Потери в сети 0,38 кВ заметно снижают величину обобщенного коэффициента загрузки сети и увеличивают опти- мальное значение относительных потерь в сети 0,38-10 кВ. При этом оп- тимальные суммарные потери в сети в именованных единицах не меняют- ся. Разработанный структурный алгоритм анализа технических потерь электроэнергии в сети 0,38-10 кВ позволяет оценить фактическую и опти- мальную загрузки сети, определить минимум и резервы по снижению по- терь, однако часто обеспечивается только в условиях очень незначитель- ной загрузки линий и трансформаторов. Поэтому минимум технических потерь не следует принимать в качестве окончательного критерия опти- мального состояния сети, которое, в конечном итоге, должно находиться из экономических соображений, например, по минимальной стоимости передачи электрической энергии. 55 УДК 621.311 Снижение стоимости прокладки воздушных линий электропередачи через лесные массивы Чайков И.А. Белорусский национальный технический университет Цель исследования состоит в снижении стоимости прокладки воздуш- ных линий электропередачи (ВЛ) через лесные массивы. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: 1) обоснование целесообразности применения опор того или иного ти- па для сооружения ВЛ; 2) расчет технико-экономических показателей сооружения линий; 3) учет показателей надежности с применением метода многоцелевой оптимизации. Актуальность решения проблемы, состоящей в снижении стоимости прокладки ВЛ через лесные массивы, применительно к Республике Бела- русь заключается в следующем. В связи со строительством в Республике Беларусь атомной электрической станции (АЭС) появилась необходимость связать ее с энергосистемой страны. Выдача полной мощности Белорус- ской АЭС (2400 МВт) намечается по семи линиям электропередачи (ЛЭП) напряжением 330 кВ. В целях уменьшения ширины просек при прохожде- нии трасс ЛЭП 330 кВ через лесные массивы используются современные повышенные металлические опоры. Прохождение ВЛ над лесом позволит сохранить ценные лесные массивы и существенно сэкономить средства по вырубке и обслуживанию просек. Однако необходимо учесть тот факт, что сооружение, монтаж и эксплуатация линий с применением массивных опор требуют более значительных трудозатрат и финансовых вложений, чем для обычных линий. Применение таких опор увеличивает степень за- щищенности ВЛ от повреждения падающими деревьями. Но важно иметь в виду, что опыта эксплуатации таких опор для Республики Беларусь нет, а значит очень сложно оценить эксплуатационные характеристики ВЛ. По- этому необходимо уделить значительное внимание не только снижению стоимости сооружения ВЛ над лесом, но и оценке условий их надежной эксплуатации. Для обеспечения передачи электроэнергии с меньшей стоимостью не- обходимо разработать методику оценки целесообразности применения различных типов опор для прохождения трассы линии через лесные мас- сивы. Для этого следует определить конструкцию опоры, схему питания светоограждения, условия эксплуатационного обслуживания ВЛ. 56 УДК 621.311 Оптимальные уровни технологического расхода электроэнергии в РЭС энергосистем Щербинская Д.И., Фурсанов М.И. Белорусский национальный технический университет Исходя из задачи достижения наиболее экономичного использования всех средств производства, самое пристальное внимание должно уделяться качественному расчёту и особенно оптимизации уровня потерь электриче- ской энергии, как в условиях эксплуатации, так и при проектировании энергосистем. Снижение потерь электроэнергии в распределительной электрической сети позволяет в конечном итоге снизить затраты на нефте- продукты, которых в Республике Беларусь практически нет и которые, соответственно, приходится импортировать. Определение оптимальных технических потерь дает понять, что при некотором сочетании топологических параметров электрических сетей (типы и номинальные мощности трансформаторов, марки и сечения про- водов, длины ЛЭП и т.д., включая характеристики располагаемых средств регулирования) и электрических нагрузок существует некоторый теорети- чески возможный минимум технологического расхода электрической энергии. Он соответствует идеальным условиям эксплуатации электриче- ских сетей. Основной целью проекта является определение оптимальных уровней технологического расхода электроэнергии, связь их с экономической со- ставляющей, а также разработка стратегии их достижения и внедрения. Основная методика заключается в нахождении зависимости фактиче- ских потерь электроэнергии от загрузки сети, нахождение оптимума по техническим и экономическим критериям и разработка и внедрение меро- приятий по приближению фактического уровня потерь к оптимальному. Основной стратегический путь этого снижения – совершенствование учёта отпущенной в электрическую сеть и полезно потребленной электро- энергии. Для этого необходимо создание программ по определению со- стояния сети в режиме реального времени, расчет режима и быстрое изме- нение параметров сети для приведения режима к оптимуму. 57 УДК 621.311 Оценка балансовой надежности концентрированных электроэнергетических систем Юршо Е.Л., Короткевич М.А. Белорусский национальный технический университет Оценим балансовую надёжность Белорусской энергосистемы как кон- центрированной энергосистемы самостоятельно без внешней помощи обеспечивающей потребителей электрической мощностью и энергией. В зарубежной литературе балансовая надёжность оценивается пятью показателями LOLE (среднее число дней дефицита мощности в год), LOLH (среднее число часов дефицита мощности в год), LOLP (вероят- ность возникновения дефицита мощности), EUE (ожидаемое значение не- допоставленной электроэнергии) и δ (индекс надёжности). Нормативное значение индекса надёжности для энергосистем стран СНГ составляет 0,996, в США и Канаде 0,9997. В литературе отмечается, что на уровне энергосистемы целесообразно использовать следующие взаимозависимые показатели надёжности: коэффициент технического использования, т.е. математическое ожидание суммарной продолжительности безотказной работы, час за год, отнесённое к продолжительности года (т.е. 8760 ч); среднее значение недоотпуска электроэнергии за год; относительное удов- летворение потребителей электроэнергией (или индекс надёжности δ), по- лучаемый отношением фактически отпущенной электроэнергии потреби- телям за год к требуемой энергии (энергии спроса) за этот период. Белорусская энергосистема представлялась шестью узлами, в каждом из которых есть генерирующие источники и потребители электроэнергии, и восьмью связями между узлами. Только в одном узле максимум нагруз- ки превышает установленную генерирующую мощность. Располагаемая мощность энергосистемы превышает максимум нагрузки в 1,6 раза. Веро- ятность безотказной работы объединённой энергосистемы определялась произведением вероятности безотказной работы генерирующих источни- ков и межсистемных связей. Полученное высокое значение индекса надёжности (0,99999) свиде- тельствует о возможности полной реализации собственной установленной генерирующей мощности, при полном удовлетворении спроса на электро- энергию. Такая высокая степень надёжности может быть объяснена несо- ответствием режимов электропотребления принятых при нормировании надёжности, а также огромными вычислительными сложностями. Поэтому при оценке балансовой надёжности необходимо учитывать ошибки про- гнозирования. 58 УДК 621.311 Оптимальные технические потери электроэнергии в распределительных электрических сетях энергосистем Фурсанов М.И. Белорусский национальный технический университет Под оптимальными техническими потерями в распределительных элек- трических сетях понимают минимум суммарных относительных потерь электроэнергии, соответствующий равенству условно-постоянных и пере- менных потерь в сети. В распределительных электрических сетях 0,38-6-10 кВ суммарные технические потери электроэнергии ΔW0,38-10 равны ΔW0,38-10 = ΔWЛ6-10 + ΔWЛ0,38 + ΔWнт + ΔWх, (1) где ΔWЛ0,38 – нагрузочные потери электроэнергии в линиях 0,38 кВ. Оптимальное значение коэффициента загрузки сети 0,38-10 кВ, при ко- тором величина относительных технических потерь ΔW0,38-10 будет мини- мальной, определяется следующим образом: т 2 38,0ном 106 ном х 106 1038,0 R) U U (RR Р S U k ++ ∆ = − − − Л0,3810-Л6 ном ном , (2) где 106U −ном – номинальное напряжение сети (для сети 6 кВ 106U −ном = 6, для сети 10 кВ 106U −ном = 10); RЛ0,38 – активное сопротивление линии 0,38 кВ. Исследования показали, что коэффициент загрузки k0,38-10 будет мень- ше загрузки сети 6-10 кВ из-за того, что в знаменателе формулы (2) появи- лись дополнительные потери активной мощности в линиях 0,38 кВ. При этом, коэффициент загрузки сети 0,38-10 кВ по сравнению с сетью 6-10 кВ и трансформаторами, резко снизился: k0,38-10 = 0,021 < k6-10 = = 0,364 < kзΔt = 0,370, а общий процент потерь в сети %27 27,08,0100021,0 1027,02 W 2 1038,0 =+⋅⋅ ⋅⋅ =∆ − сильно вырос: ΔW0,38-10 = 27% >> ΔW6-10 = 1,82% > ΔWт = 1,80%. Из этого следует важнейший вывод: в электрической сети 0,38-6-10 кВ оптимальный коэффициент загрузки, определяющий минимальный уро- вень относительных технических потерь в ней, зависит от конфигурации сети и ее конструктивного исполнения. При этом основное влияние на ве- личину суммарных технических потерь электроэнергии в сети 0,38-6-10 кВ оказывают сети 0,38 кВ – потери в них, как правило, больше потерь в сети 6-10 кВ в несколько или даже в десятки раз. 59 УДК 621.3 Возобновляемые источники энергии. Фотоэлектрические системы Байрашевский М.Я. Белорусский национальный технический университет Для работы фотоэлектрической системы необходим свет. Фотоэлек- трические технологии применяются при рассеянном солнечном излучении, а также при прямом солнечном свете. При попадании солнечного света на фотогальванические элементы, вы- рабатывается постоянный ток. Количество полезной электроэнергии, вы- рабатываемой фотоэлектрическим модулем, пропорционально интенсив- ности световой энергии, которая попадает в область превращения. Каждая фотоэлектрическая система состоит из двух основных аппарат- ных компонентов: фотоэлектрические модули (или батареи) и компоненты «баланса системы», (БС). ФЭ модули – ФЭ элементы, которые преобразу- ют энергию солнца, а БС способствует доставке и хранению электроэнер- гии. Благодаря модульности фотоэлектрических систем, можно производить градацию ФЭ в зависимости от различных способов использования. В на- стоящее время проводится различие по степени «интеграции в сооруже- ние» ФЭ системы: • «Автономные» ФЭ единицы, которые не устанавливаются на су- ществующие структуры на долгий промежуток времени и часто не под- ключаются к сети; • «Накладные» солнечные панели, которые размещены на сущест- вующих структурах и подключены к существующим сетям электроэнер- гии; • «Интегрированные», которые не устанавливаются на созданную структуру, а скорее становятся частью зданий (и часто подключены к се- ти). Интегрированные системы можно сгруппировать в два основных клас- са: фасадные системы (связанные с наружным покрытием), и кровельные системы Интегрированные системы известны за их обычно «футуристиче- ский» вид, который часто делает их «престижный фасад» подходящим для муниципальных и правительственных зданий. 60 УДК 621.311 К вопросу выбора силовых агрегатов для блок-станций промышленных предприятий Воробей В.В. Белорусский национальный технический университет Устойчивый интерес промышленных предприятий к внедрению новых или наращиванию существующих генерирующих мощностей в настоящее время обусловлен не только использованием тепловой энергии в технологи- ческих процессах, но и несовершенством действующей в Республике Бела- русь тарифной системы, вынуждающей предприятия искать альтернативные пути энергообеспечения. К таким путям относятся применение на промыш- ленных предприятиях собственных электростанций (блок-станций) и по- строение полностью автономных систем электроснабжения. Установленная мощность блок-станций в стране ежегодно увеличивается. В 2016 году она достигла 761,1 МВт, что составило 7,8% от установленной мощности Бело- русской энергосистемы. Проведенные исследования показывают, что в качестве силовых агрега- тов, осуществляющих привод электрических генераторов, на блок-станциях применяются газопоршневые двигатели, газовые турбины и микротурбины, являющиеся разновидностью газовых турбин. Газопоршневые электростан- ции отличаются простотой конструкции, надежностью, гибкостью в выборе топлива и относительно высоким электрическим КПД (до 40-45%). Приме- нение газовых турбин в качестве силовых агрегатов значительно упрощает задачу получения относительно большой мощности электростанции в огра- ниченном пространстве промышленного объекта. Микротурбинные уста- новки характеризуются высокой эффективностью в диапазоне нагрузок от 0 до 100%, отсутствием вибрации, а также наилучшими экологическими пока- зателями. К основным критериям, определяющим выбор типа электросило- вого агрегата, относятся требуемая единичная электрическая и тепловая мощность, стоимость оборудования, эффективность использования топлива, а также удельные затраты на эксплуатацию и сервисное обслуживание. Сравнение удельных капитальных вложений, затрат на эксплуатацию и сер- висное обслуживание, а также особенностей различных типов силовых агре- гатов показывает, что газовые турбины следует применять при установлен- ной электрической мощности станции свыше 10 МВт. При меньшей мощно- сти предпочтение необходимо отдавать газопоршневым двигателям. Микро- турбинные установки целесообразно применять лишь в ограниченных слу- чаях при общей установленной мощности энергоустановки менее 1 МВт. 61 УДК 621.32 Задачи управления электрическим освещением Гаврилович О.Н. Белорусский национальный технический университет Управление электрическим освещением необходимо для решения та- ких важных задач как экономия электроэнергии, максимальное использо- вание естественного освещения, достижение наиболее комфортной осве- щенности помещения, т.е. управление освещением по определенным сце- нариям, а также увеличение срока службы используемых источников света и снижение стоимости их обслуживания. Для решения поставленных задач системы управления освещением предполагают наличие ручного регулирования освещенности на рабочих местах при помощи дистанционных пультов управления осветительными установками, когда требуется изменять световую среду в помещении в течение рабочего дня; использование датчиков присутствия для автомати- ческого учета присутствия людей в освещаемом помещении и наличие таймеров задержки выключения освещения; автоматическое обеспечение заданной освещенности на рабочих местах с учетом интенсивности естест- венного света при помощи различных фотоэлементов на рабочей поверх- ности; контроль исправности светильников и режима их работы, контроль напряжения, тока, энергопотребления, характеристик качества электро- энергии; а также наличие контроллера с часами реального времени, кото- рый по заданной программе учитывает время суток, время года, дни неде- ли для автоматизации процессов управления. Благодаря автоматизации управления освещением в осветительных установках в совокупности с применением современных, экономичных и долговечных источников света возможна значительная экономия электроэнергии по сравнению с нерегу- лируемым освещением. Использование систем управления наружным освещением способству- ет повышению безопасности дорожного движения, позволяет осуществ- лять включение и выключение светильников полностью или по группам, дискретное или плавное регулирование их светового потока, обеспечивает максимальную зрительную адаптацию при проезде через тоннели. Систе- мы управления освещения могут применяться как в освещении офисных, так и промышленных помещений, а также в наружном освещении дорог. 62 УДК 624.97 Экологические аспекты воздействия ветроэнергетических установок на окружающую среду Горностай А.В., Ролик Ю.А.*, Булеков А.В.* Белорусский национальный технический университет Институт транспорта и связи, Латвия* Ветроэнергетические установки используют возобновляемую энергию ветра, они не создают никакой эмиссии вредных газов в атмосферу, а так- же не требуют транспортировки топлива [1]. С точки зрения защиты окру- жающей среды ветроэнергетика – наилучший выбор, оказывающий пози- тивное влияние и в глобальном, и в региональном масштабе. Использова- ние ветровой энергии снижает риски изменения климата, повышения ки- слотности, снижения содержания кислорода за счет чрезмерного роста растений в источниках воды и последующего разрушительного воздейст- вия этих факторов на природную среду и здоровье человека. При сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа) происходит эмиссия парниковых газов – диоксида углерода, оксидов азота и серы, ле- тучих органических соединений и других., а также сажи и шлака. Добыча топлива из шахт, нефтяных и газовых скважин оказывает серьезное мест- ное воздействие на окружающую среду и сопровождается эмиссией вред- ных газов в атмосферу [2]. Подсчитано, что в течение всего жизненного цикла ветроэнергетиче- ского проекта, выполненного на базе 12-ти ВЭУ типа SWT-3.2-113 DD, будет произведено 2 079 ГВт/ч электроэнергии [4]. Это предотвратит вы- брос в атмосферу 2 491 200 тонн углекислого газа, для поглощения кото- рого лесом площадью 65 км2 понадобилось бы 20 лет. Литература 1. Васильев, Ю.С. Экология использования возобновляющихся энерго- источников / Ю.С. Васильев, Н.И. Хрисанов. – Л.: ЛГУ, 1991. – 343 с. 2. Новаковский, Б.А. Воздействие объектов ветроэнергетики на окружаю- щую среду / Б.А. Новаковский и др. // Геодезия и картография. – 2013. №10. С. 39-44. 3. Ролик Ю.А. Управление инновационными ветроэнергетическими проек- тами. Монография / Ю.А. Ролик. Рига: Институт транспорта и связи, 2008, 186 с. 63 УДК 624.97 Обеспечение требований по размещению ВЭУ при планировании парков ветряных электростанций Горностай А.В., Ролик Ю.А.*, Булеков А.В.* Белорусский национальный технический университет Институт транспорта и связи, Латвия* Планируемый к строительству ветропарк должен быть размещен в од- ной из выбранных областей, имеющей хорошее (>5 м/с на высоте 10 м) значение среднегодовой скорости ветра. Предполагаемая к использованию под ветропарк площадь должна отличаться открытым положением этой точки и хорошими условиями обдувания, особенно по главному направле- нию ветра. При этом в зависимости от размеров выбранного участка сле- дует предварительно определить возможную общую мощностью ветро- парка в МВт, которую предполагается установить на выбранном месте. Для этого в процессе планирования первоначально определяется необ- ходимая для строительства ветропарка конфигурация и площадь земельно- го участка [1]. При этом должны быть соблюдены определенные требова- ния по размещению установок в ветропарке [2], которые зависят от типа выбранной ВЭУ. Эти требования следующие [3]: 1) удаленность ветропарка от обитаемых районов; 2) достаточное расстояние между ВЭУ; 3) достаточную удаленность ветропарка от близлежащего леса; 4) отсутствие в выбранном районе предполагаемого строительства ветропарка водоемов, рек, озер, болот и др. При необходимости строительства высоковольтной линии электропереда- чи для подключения ветропарка к высоковольтной сети, проект по европей- ским нормативам считается рентабельным только тогда, когда установленная мощность ветропарка составляет не менее 10 МВт. Литература 1. Борисовский, М.А. Концепция развития ветроэнергетики в Латвии / М.А. Борисовский и др. Министерство энергетики ЛР: Рига, 1990. 2. Требования производителя - немецкого концерна NORDEX Energy GmbH по размещению ВЭУ: Micrositing "Nordex", Norderstedt, 2005. 3. Ролик Ю.А. Управление инновационными ветроэнергетическими проек- тами. Монография / Ю.А. Ролик. Рига: Институт транспорта и связи, 2008, 186 с. 64 УДК 621.313 Возможности снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях 6(10)-0,4 кВ Селицкая О.Ю., Зеленькевич А.И. Белорусский государственный аграрный технический университет Известно, что компенсации реактивной мощности, выравнивания не- симметрии напряжений и снижения потерь в распределительных сетях 6(10)-0,4 кВ можно добиться подключением реакторов, управляемых при помощи тиристорных вентильных ключей, которые в зависимости от ре- жима работы сети пропускают или запирают прохождение реактивной мощности. Однако этот способ требует значительных капиталовложений, наличия сложной аппаратуры управления, постоянного контроля обслу- живающего персонала за их работой. Также для этой цели используют шунто-симметрирующие устройства (ШСУ), которые имеют минимальное сопротивление токам нулевой последовательности, и почти не пропускают их на другие участки линии, что в значительной степени улучшает качест- во напряжений у потребителей электрической энергии и уменьшает не- симметрию токов. Недостатком ШСУ является индуктивный характер на- грузки, который увеличивает реактивную составляющую тока прямой по- следовательности и снижает коэффициент мощности в сети. Авторами предложен способ компенсации реактивной мощности, вы- равнивания несимметрии напряжений и снижения потерь в распредели- тельных сетях 6(10)-0,4 кВ, который заключается в выравнивании нагрузок в фазах линий и понижающих трансформаторах за счет использования выключателей, присоединяющих нагрузку к фазам линии электропередач с приемными устройствами, на которые поступают управляющие сигналы с приемопередающего устройства микроконтроллера, который использует датчики тока, установленные между линией электропередач и нагрузкой. При этом включение однофазных нагрузок линии электропередачи осуществляется исходя из условия минимизации коэффициента несиммет- рии тока в линии. Если значения токов в фазах линии электропередач от- личаются от среднего значения тока, то часть нагрузок с фаз, имеющих ток больше среднего, отключается от них и включается на фазы, имеющие ток меньше среднего, а конкретные нагрузки, подлежащие переключению, определяются с помощью микроконтроллера из условия близости суммар- ных токов в фазах линий их среднему значению.Таким образом, происхо- дит выравнивание нагрузок в линиях электропередач и фазах трансформа- тора, что приводит к снижению потерь в них. 65 УДК 621.31 О возможности применения трехфазно-однофазных распределительных сетей для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей Збродыга В.М., Янукович Г.И., Тюнина Е.А. Белорусский государственный аграрный технический университет В настоящее время электроснабжение сельскохозяйственных потребите- лей осуществляется по трехфазным линиям электропередачи напряжением 0,4 кВ от трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ. Для сетей сельскохозяйственного назначения характерна низкая плот- ность электрической нагрузки. Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ имеют значительные радиусы обслуживания, особенно в зонах жилой за- стройки сельских населенных пунктов. К мелким однофазным потребителям часто приходится подводить трехфазную линию электропередачи. Сечения проводов при этом берут выше необходимых, исходя из условий потери напряжения, так как их выбирают минимально допустимыми по механиче- ской прочности. Все это приводит к повышенному расходу проводникового материала в низковольтной сети. Расход проводникового материала можно снизить, увеличив количество трансформаторных подстанций, тем самым уменьшив их мощность и радиус обслуживания. Но это приведет к увеличению их общей стоимости. Такой путь не всегда является экономически целесообразным. Поэтому мы пред- ложили смешанную трехфазно-однофазную схему электроснабжения потре- бителей, включающую в себя трехфазный трансформатор со схемой соеди- нения обмоток Y/YнСУ, к шинам которого подключены отходящие низко- вольтные линии электропередачи. При неравномерном распределении на- грузки по фазам этот трансформатор обеспечивает симметрию системы фаз- ных напряжений, что позволяет выполнять отходящие линии электропере- дачи не только трехфазными, но и однофазными, и тем самым экономить проводниковый материал. К тому же трансформатор со схемой соединения обмоток Y/YнСУ сни- жает несинусоидальность напряжений за счет компенсации высших гармо- ник нулевой последовательности. Повышается надежность работы сети за счет большей устойчивости трансформатора с симметрированием к одно- фазному короткому замыканию в линиях электропередачи и улучшается работа защиты. Снижается до допустимого скачек напряжения на неповреж- денных фазах при однофазном коротком замыкании в низковольтной сети. Кроме того, повышается безопасность работы в низковольтных сетях за счет отсутствия напряжения на нулевом проводе. 66 УДК 621.3 О применении трансформаторов с магнитопроводами из аморфных сплавов Збродыга В.М., Збродыга М.П. Белорусский государственный аграрный технический университет С повышением стоимости электроэнергии становится экономически целесообразно изготавливать и эксплуатировать трансформаторы с мень- шими потерями.В трансформаторе имеют место нагрузочные потери и потери холостого хода. Нагрузочные потери определяются нагрузкой трансформатора, а потери холостого хода имеют постоянную величину. Поэтому очень важно минимизировать потери холостого хода, которые будут присутствовать на протяжении всего времени работы трансформа- тора, независимо от его нагрузки. Для снижения потерь холостого хода магнитопровод трансформатора может быть изготовлен из аморфных сплавов. Аморфные сплавы получа- ют охлаждением струи жидкого металла на поверхности вращающегося барабана. При скорости охлаждения превышающей скорость кристаллиза- ции получают спав, который не имеет кристаллической структуры и для него характерно неупорядоченное расположение атомов в пространстве. Для магнитопроводов трансформаторов используется, как правило, аморфный сплав следующего состава: железо - 78%, бор - 13 % и кремний - 9%. Сплав изготавливают в виде ленты толщиной 0,024мм и шириной 142, 170 или 213мм. В рулоны она свертывается из пяти слоев и ее толщи- на увеличивается до 0,12мм. Вследствие своей структуры аморфные спла- вы являются магнитомягкими материалами с очень низкими потерями на гистерезис и на вихревые токи, обладают высокой магнитной проницаемо- стью и индукцией насыщения. Использование в магнитопроводах аморф- ных материалов, вместо электротехнической стали позволяет сократить потери холостого хода в 4-5 раз. Аморфные сплавы применяются при конструировании как измери- тельных, так и силовых трансформаторов номинальным напряжением до 10 кВ. Основными препятствиями на пути крупномасштабного примене- ния трансформаторов с магнитопроводом из аморфного сплава являются высокие затраты и сложные методы производства таких трансформаторов. Стоимость аморфных трансформаторов на 15-40% выше стоимости транс- форматоров с магнитопроводом из кремнистой стали. Но в настоящее вре- мя проявляется тенденция снижения стоимости аморфной стали, что дела- ет ее применение в силовых трансформаторах экономически оправданным. 67 УДК 621.316 Критерии выбора оболочек новых КТП Казак Д.А. Минский электротехнический завод им. В.И.Козлова Сооружение новых комплектных трансформаторных подстанций на- пряжением 10/0,4 кВ связано с возведением помещения для установки электротехнического оборудования. Стоимость строительства помещения может достигать до 70 % стоимости всей КТП, а процесс строительства тянуться несколько месяцев. В связи с необходимостью снижения стоимо- сти и сроков возведения новых объектов растет спрос на изделия макси- мальной готовности такие как КТП в заводской оболочке. Основными критериями в выборе оболочки являются стоимость, время изготовления, надежность защиты электрооборудования от внешнего воз- действия, сложность транспортировки и монтажа. Бетонная оболочка конструктивно состоит из основания, корпуса и крыши, транспортируемых отдельно. Данные оболочки обладают сравни- тельно низкой ценой, высокой степенью защищенности электрооборудо- вания, относительной простотой монтажа, а также возможностью установ- ки подстанции на любую ровную поверхность. Они имеют типовые разме- ры, что уменьшает срок изготовления КТП. При этом значительная масса оболочки до 1500 кг/м2 приводит к увеличению транспортных расходов так, что с учетом перевозки на расстояния более 2000 км стоимость обо- лочки из бетона становится выше, чем оболочки из сэндвич-панелей. Бла- годаря привлекательному эстетическому виду данной оболочки, КТПБ массово используются кабельными сетями для электроснабжения жилых микрорайонов. Стоимость утепленной оболочки превышает стоимость бетонной на 50 %, при этом такая оболочка является цельной неразборной конструкцией. Данные оболочки не ограничены в габаритных размерах, устойчивы к зем- летрясениям, имеют массу до 400 кг/м2, При этом для установки КТП не- обходим фундамент согласно рекомендациям завода изготовителя. КТПУБ применяется для электроснабжения ответственных потребителей при ис- пользовании чувствительного оборудования. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что тен- денция к использованию КТП в заводской оболочке оправдана. А пра- вильное понимание проектантами критериев выбора оболочек новых КТП повысит эффективность вложения средств в электроснабжение. 68 УДК 621.32 Способы прогнозирования электропотребления в наружном освещении Калечиц В.Н. Белорусский национальный технический университет В пунктах питания линий наружного освещения организуется прибор- ный учёт расхода электроэнергии. Организации, занимающиеся обслужи- ванием осветительных установок, периодически проводят анализ сущест- вующего расхода электроэнергии. Кроме приборного учёта, расход элек- троэнергии можно определить расчётным путём. Расход электроэнергии зависит от ряда факторов, среди которых время работы, тип задействованных источников света, их режим работы. Режим работы определяется уровнем напряжения в пункте питания, расстоянием между светильниками, параметрами линии. Уровень напряжения изменяется в течение суток. Например, для ноч- ного режима характерно увеличение напряжения в сети, поэтому возраста- ет потребляемая мощность, а также происходит снижение срока службы газоразрядных ламп высокого давления. Зная характер изменения напряжения в пункте питания в течение суток (в зависимости от поры года, месяца), можно путём расчёта режима рабо- ты линии наружного освещения спрогнозировать расход электроэнергии за расчётный период. Расчёт режима сети наружного освещения осуществля- ется методом последовательных приближений (итерационным путём) и зависит от способа питания линии (одностороннее, двустороннее питание). На основании расчётных значений активных мощностей в пунктах пита- ния и суточного графика включения и отключения сети наружного осве- щения можно определить расчётное значение расхода электроэнергии с наименьшей погрешностью. Активная и реактивная мощности светильни- ка зависят от напряжения на его зажимах. Потери напряжения в линии наружного освещения непосредственно влияют на электропотребление. Мощности, потребляемые светильниками, которые находятся на различ- ном расстоянии от пункта питания, отличаются между собой. Это объяс- няется тем, что уровень напряжения в протяженной сети наружного осве- щения существенно снижается по мере удаления от источника питания. Электроустановки наружного освещения города постоянно развивают- ся. Прогнозирование электропотребления в наружном освещении связано с введением новых линий, модернизацией существующих. 69 УДК 621.32 Особенности режимов работы наружного освещения улиц, относящихся к категории А Козловская В.Б., Калечиц В.Н. Белорусский национальный технический университет К категории А городского пространства относятся осветительные уста- новки городских транспортных и пешеходных тоннелей, магистральных и кольцевых дорог, магистральных улиц общегородского значения и др. Та- кие установки наружного освещения в соответствии с требованиями к обеспечению надёжности электроснабжения относят ко второй категории. Для резервирования распределительных линий, относящихся ко второй категории по надёжности, между крайними светильниками соседних уча- стков для магистральных улиц рекомендуется предусматривать резервные кабельные линии (нормально отключаемые перемычки) [1]. Обеспечение второй категории надёжности может осуществляться пу- тём двустороннего питания линии наружного освещения, что позволяет сохранять устойчивую работу такой линии при потере питания со стороны любого из пунктов питания. Значения напряжений в двух пунктах питания определяют режим рабо- ты линии наружного освещения. Мощности светильников линии с двусто- ронним питанием отличаются между собой и определяются величиной напряжения на зажимах. Величина напряжения оказывает существенное влияние на показатели электропотребления и эксплуатационные характе- ристики источников света. Производители светильников и ламп указывают параметры, при кото- рых светильник будет стабильно включаться и устойчиво работать. Для светильников с газоразрядными лампами высокого давления номинальное напряжение равно 220 В, а допустимое отклонение равно ±10%. Гаранти- рованное зажигание (включение) лампы в этом случае обеспечивается при уровне напряжения на зажимах светильника не менее 220∙0,9=198 В. При проектировании линий с двусторонним питанием необходимо учи- тывать возможные режимы работы при потере напряжения в одном из пунктов питания, а также режимы, связанные с экономией электроэнергии (ночной режим, переход на диммирование и др.). Литература 1. Правила устройства электроустановок. 6-е издание. М: Госэнерго- надзор, 2000. 497 с. 70 УДК 621.311.6.03 Снижение потерь электроэнергии в сетях напряжением до 1 кВ с помощью симметрирующих трансформаторов Колосова И.В. Белорусский национальный технический университет В распределительных сетях напряжением до 1 кВ существует проблема, связанная со значительнми перекосами напряжений по фазам. Повышенное напряжение приводит к выходу из строя электрических приборов и обору- дования потребителей. Асимметрия напряжений возникает из-за неравно- мерного распределения однофазных нагрузок. При этом в нулевом рабочем проводе появляется ток, равный геометрической сумме фазных токов. Это приводит к дополнительным потерям. В целях уменьшения потерь электро- энергии в сетях напряжением до 1 кВ за счет перераспределения токов по фазам, ограничения тока в нулевом проводе и снижения перекосов напря- жений, предлагается использовать трехфазный сухой симметрирующий автотрансформатор (АТС-С). Он содержит трехстержневой магнитопровод, первичные обмотки которого размещаются на всех трех стержнях, соедине- ны в звезду с нейтралью и подключаются к сетевому напряжению, а ком- пенсационная обмотка выполнена в виде открытого треугольника и включе- на последовательно с нагрузкой непосредственно у потребителя. Установка АТС-С позволяет симметрировать напряжение, и снижать потери в линиях распределительной сети. На малых промышленных предприятиях он может применяться для питания однофазных нагрузок большой мощности: свароч- ных трансформаторов, выпрямителей, водонагревателей и т. д. В настоящее время все большее применение находят статические преоб- разователи, газоразрядные осветительные устройства, сварочные трансфор- маторы и т.д., генерирующие высшие гармоники тока, которые создают серьезные проблемы для систем электропитания. Увеличение общего дейст- вующего значения тока при наличии высших гармонических составляющих в системе может привести к перегреву оборудования распределенной сети. При несинусоидальных токах возрастают потери в трансформаторах, глав- ным образом за счет потерь на вихревые токи, что требует увеличения их установочной мощности. Применение АТС-С позволяет уменьшить сечение нулевых проводников за счет компенсации потерь от третьей гармоники. К достоинствам АТС-С следует отнести также то, что они обладают способно- стью фильтрации токов высших гармоник, кратных трем (3, 9, 15 и т.д.), ограничивая их протекание как из сети к нагрузке, так и наоборот. Этим самым повышается качество электрических сетей и снижаются колебания напряжения в них. 71 УДК 621.3 Возможности современных биогазовых установок Константинова С. В. Белорусский национальный технический университет В мировой практике газоснабжения накоплен достаточный опыт ис- пользования возобновляемых источников энергии, в том числе энергии биомассы. Биомасса очень сильно варьируется в размерах частиц, содер- жание влаги, зольности, теплоты сгорания и плотности в зависимости от ее источника. Основной процесс производства энергии из биомассы это сжи- гание в печи котла. Современные системы сжигания биомас- сы контролируемы, имеют высокую эффективность и не загрязняют окру- жающую среду, но являются дорогими в проектировании и эксплуатации из-за сложной системы управления, имеют проблемы с очисткой воды и требуют высокого давление пара. Эти недостатки отсутствуют в ORC тур- богенераторе. ORC (Органический Цикл Ренкина) модули представляют собой эффективный и надежный способ выработки электроэнергии при относительно низких температурах тепловой энергии. Уже более десяти лет такие системы широко применяется по всему миру мощностью от не- скольких кВт до 2 МВт. ORC – это термодинамический процесс, схожий с обычным паровым циклом, но с использованием другого носителя для работы турбины. ORC системы используют вместо воды высокомолекулярные органические жидкости, которые имеют более низкую температуру кипения. .Органический носитель сжимается и двигается в замкнутом контуре с помощью насоса. Органический носитель претерпевает все фазные изме- нения жидкость-пар-жидкость в замкнутом герметичном контуре. Поэто- му, вся система обладает исключительной надежностью и долговечностью. ORC- система позволяет гораздо более эффективно утилизировать дымо- вые тепловые газы, образованные в результате сгорания биомассы. Спо- собность генерировать электроэнергию на небольших электростанциях благодаря сжиганию биомассы и использованию системы термального масла делает их очень привлекательными. ORC технология экономически целесообразна для реализации теплоэлектростанций на биомассе электри- ческой мощностью до 2,5МВт. ORC процесс является весьма эффектив- ным, надежным и легко управляемым. Все компоненты ORC-системе соб- раны и протестированы.. Система имеет следующие преимущества: высокая эффективность; вы- сокий общий КПД турбины (до 85%); низкая механическая нагрузка на турбину из-за низкой расчетной скорости. 72 УДК 621.383.52 К вопросу надежности систем управления светодиодными светильниками Кузьма А. Ю., Сацукевич В. Н. Белорусский национальный технический университет При описании технических характеристик светодиодных светильников обычно особый упор делается на типы используемых в них светодиодов. Однако, надежность современных светильников в большей степени зави- сит от используемого блока питания. Светодиоды не излучают энергию в инфракрасном диапазоне длин волн (как устройства на базе других технологий), они излучают свет толь- ко в видимом спектре. Поэтому, несмотря на то, что светодиоды более энергоэффективны, чем другие источники света, они рассеивают намного больше тепла в самой лампе. Следствием рассеиваемого тепла является ограничение срока службы компонентов драйвера. Особую проблему представляют собой электролитические конденсаторы, которые использу- ются в драйвере. Так как при таких температурах они довольно быстро высыхают, то их срок службы ограничен немногим более 10000 часами, и это становится лимитирующим фактором для длительности работы всей лампы. Проблему можно решить полной заменой электролитических кон- денсаторов на керамические, которые являются практически «вечными» электронными компонентами. Но здесь возникает вопрос цены по отноше- нию к емкости конденсатора и общей целесообразности. Нет смысла в ус- тановке конденсаторов со сроком службы 100 тыс. часов в драйвер све- тильника, светодиоды которого прослужат до 50 тыс. часов. Транзисторы, входящие в состав драйвера светодиодного светильника, также являются элементами, чей срок службы сильно зависит от темпера- туры. Теоретически оптимальным выбором является БП, специально раз- работанный для определенной модели светильника. На практике это могут удачно реализовать либо компании, имеющие, помимо светотехнического, еще и мощный бизнес по производству электронных устройств, либо све- тотехнические компании, чьи БП хорошо зарекомендовали себя на рынке. В остальных случаях предпочтительным вариантом является использова- ние в светильнике БП от ведущих фирм, специализирующихся на данном виде продукции. Использование унифицированного БП легко заменяемой конструкции важно еще и для возможного ремонта светильника, так как БП обычно выходит из строя быстрее, чем светодиоды. 73 УДК 620.9 Возобновляемые источники энергии Беларуси – гидроэнергетика Олешкевич М.М., Прокопенко Л.В. Белорусский национальный технический университет В 1950-1960-е годы в Беларуси работало около 180 малых ГЭС общей мощностью 21 тыс. кВт, со средней годовой выработкой электроэнергии 88 млн. кВтч электроэнергии, большинство из которых впоследствии были законсервированы или разрушены. В настоящее время действует 41 малая ГЭС мощностью 16,1 тыс. кВт, крупнейшими из которых являются: Вилейская ГЭС на реке Вилия – 2000 кВт, Осиповичская ГЭС на р. Свислочь в Могилевской области – 2175 кВт, Чигиринская ГЭС на реке Друть в Могилевской области – 1500 кВт. Ос- тальные ГЭС - мощностью от 100 до 600 кВт. В 2013 году закончено строительство Гродненской ГЭС мощностью 17 МВт. Суммарная выра- ботка электроэнергии ГЭС в 2008 году составила 39 млн. кВт.ч, в 2009 году – 44 млн. кВт.ч. В 2015 году выработка составила более 100 млн. кВт.ч. Программа строительства в 2011-2016 годах ГЭС в Беларуси (Постановление Совета министров Республики Беларусь от 17.12.2010г. №1838) оценивает потенциальную мощность всех водотоков страны 850 МВт. Технически доступная мощность при этом составляет 520 МВт, экономически целесообразная мощность – 250 МВт. Это означа- ет, что электрическая мощность с учетом КПД гидротурбин (80%) и гид- рогенераторов (90%) составляет: технически доступная – 374 МВт, эконо- мически целесообразная – 180 МВт. Это также означает, что возможная выработка электроэнергии при коэффициенте использования номинальной мощности гидрогенераторного оборудования 0,4 составляет: технически доступная – 1,31 млрд. кВтч, экономически целесообразная – 0,63 млрд. кВтч. Наибольший потенциал гидроэнергетики сосредоточен в Гродненской, Витебской и Могилевской областях на участках бассейнов Немана, Западной Двины и Днепра. Признано целесообразным строитель- ство: двух ГЭС суммарной мощностью 37 МВт на Немане (Гродненская ГЭС мощностью 17 МВт уже построена и Немновская 20 МВт - проекти- руется), четырех ГЭС на Западной Двине (Полоцкая, Витебская, Бешен- ковичская, Верхнедвинская) общей мощностью 125 МВт, четырех ГЭС на Днепре общей мощностью 20,3 МВт. Фактические капитальные затраты на строительство ГЭС в Беларуси составляют 4000-7000 долларов на 1 кВт установленной мощности. Срок службы 50-60 лет. Срок окупаемости затрат - 15-19 лет. 74 УДК 620.9 Возобновляемые источники энергии Беларуси – биомасса Олешкевич М.М., Руденя А.С. Белорусский национальный технический университет Биомасса – это органические соединения углерода в виде отходов и специально выращиваемых «энергетических» растений. Энергия биомассы возникает в результате фотосинтеза под действием солнечного излучения, в процессе образования органических веществ и аккумулирования в них химической энергии. Основными источниками биомассы являются: 1)лесоразработки и отходы переработки древесины, 2) отходы растение- водства (зерновые и другие продовольственные и технические культуры), продукция энергетического растениеводства (рапс, кукуруза, кормовые бобы), 3) отходы животноводства (навоз), 4) городские стоки, мусор (твер- дые бытовые отходы). Переработка биомассы, связанная с извлечением энергии осуществляется термохимическими, биохимическими и агрохи- мическими способами. Электроэнергетический потенциал биомассы в Бе- ларуси (без учета дров, используемых населением как традиционное мест- ное топливо) составляет: 1) отходы лесоразработок и отходы переработки древесины при годовом объеме заготовок древесины 10 млн. м³ 1,5 млн. т у.т. в год, 2) отходы производства зерновых и других, продо- вольственных и технических культур, энергетическое растениеводство - 0,8 млн. т у.т., 3) отходы животноводства (крупный рогатый скот, свиньи, птица) при использовании только половины энергетического потенциала биомассы – 1,1 млн. т у.т., 4) городские стоки, мусор - 0,7 млн. т у.т. 914,6 10 . .кВт ч⋅ или 40% потребляемой в стране электроэнергии. Удельные капиталовложения в строительство биогазовых комплексов составляют 2500-3500 долл./кВт. Срок окупаемости в Беларуси – менее 8 лет. Постановлением СМ Беларуси от 9.6.2010 г. № 885 была утверждена программа строительства биогазовых комплексов на 2010–2012 гг. (39 биогазовых установок общей мощностью 40,4 МВт для предприятий сель- ского хозяйства и жилищно-коммунального сектора). Согласно Национальной программе развития местных и возобновляе- мых энергоисточников на 2011–2015 гг. планировалось ввести в строй биогазовые установки еще на 90 МВт. Однако введено в эксплуатацию всего 10-12 биогазовых комплексов на птицефабриках, мусорозаводах, сельскохозяйственных предприятиях с использованием в качестве сырья отходов крупного рогатого скота, а так- же отходов на гидролизных заводах, на свалочном газе и пр. 75 УДК 621.314 Выбор параллельно работающих трансформаторов разной мощности Анищенко В.А., Гороховик И.В. Белорусский национальный технический университет При наличии на понизительной подстанции нескольких трансформато- ров выбор числа включенных из них на параллельную работу определяет- ся по условию минимума приведенных потерь активной мощности. Известно решение этой задачи для трансформаторов одинаковой мощ- ности. В настоящей работе получены условия выбора работающих транс- форматоров разной мощности. Рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей не превы- шало 3:1. При этом требуется равенство номинальных первичных и вто- ричных напряжений, тождественность групп соединений обмоток, равен- ство напряжений короткого замыкания. Суммарные потери активной мощности подстанции в этом случае будут: ∆P′ = 𝑛 ∙ ∆Pх𝑖′ + �𝛽𝑖2 ∙ ∆Pк𝑖′𝑛 𝑖=1 , 𝛽𝑖 = 𝑘𝑖 ∙ 𝑆п ст⁄𝑆𝑖 , 𝑘𝑖 = 𝑆𝑖ном∑ 𝑆𝑖ном𝑛𝑖=1 , где ∆Pх𝑖′ и ∆Pк𝑖′ - приведенные потери холостого хода и короткого замыка- ния, 𝑆п ст⁄ – нагрузка подстанции, 𝑆𝑖 – нагрузка трансформатора, 𝑆𝑖ном - но- минальная мощность трансформатора, n – число параллельно включенных трансформаторов. В случае n=2 для трансформаторов одинаковой мощно- сти граница перехода от одного трансформатора к двум определяется вы- ражением 𝑆п/ст,гр = Sном ∙ �𝑛 ∙ (𝑛 − 1) ∙ ∆Pх′∆Pк′ , а для трансформаторов разной мощности граница перехода от менее мощ- ного трансформатора к более мощному имеет вид 𝑆п/ст,гр = �𝑆ном.т12 ∙ 𝑆ном.т22 ∙ ( ∆Pх2′ − ∆Pх1′ )𝑆ном.т22 ∙ ∆Pк1′ − 𝑆ном.т12 ∙ ∆Pк2′ . При дальнейшем росте нагрузки работают оба трансформатора. Усло- вие перехода в этот режим определяется выражением 𝑆п/ст,гр = (1 + 𝑆ном.т1 𝑆ном.т2) ∙ � 𝑆ном.т24 ∙ ∆Pх1′(𝑆ном.т1 + 𝑆ном.т2)2 ∙ ∆Pк2′ − 𝑆ном.т22 ∙ (∆Pк1′ + ∆Pк2′ ) 76 Аналогично выглядят условия выбора числа параллельно работающих трансформаторов разной номинальной мощности и их замены в случае трехтрансформаторной подстанции. УДК 621.3.072.86 Анализ расхода электроэнергии на собственные нужды электростанции сахарного комбината Радкевич В.Н., Воробей В.В. Белорусский национальный технический университет На сахарном комбинате для обеспечения электрической и тепловой энергией технологического процесса применяется собственная тепловая электростанция (ТЭЦ) с установленной мощностью электрических гене- раторов 18МВт. К расходу на собственным нужды (СН) станции относятся затраты электроэнергии на привод вспомогательного оборудования – ды- мососов, вентиляторов, питательных и циркуляционных насосов и т.п. Суммарная мощность электродвигателей (ЭД) в системе СН составляет 12,5МВт, в том числе 7,7МВт ЭД напряжением 6кВ. В системе электроснабжения СН ТЭЦ установлено шесть силовых трансформаторов общей мощностью 4380кВ∙А. За год генераторами элек- тростанции произведено 90275 тыс. кВт∙ч электроэнергии. Электроприем- никами СН за год расходовано 20021 тыс. кВт∙ч электроэнергии, что со- ставляет 22,2% от общего объема выработки ТЭЦ. Анализ данных, полу- ченных от приборов технического учета, показывает, что 72,2% от общего расхода электроэнергии приходится на высоковольтные электродвигатели, а 27,8% – на трансформаторы СН напряжением 6/0,4кВ. При этом в расхо- де электроэнергии трансформаторами учтены потери в них и потребление электроэнергии силовыми и осветительными электроприемниками напря- жением до 1кВ. Потери электроэнергии в силовых трансформаторах СН ТЭЦ за год составили 140,2тыс. кВт∙ч или 2,5% от общего количества электроэнергии, переданной в сеть до 1кВ. Расчеты показали, что на элек- трическое освещение за год затрачено 2,9% от общего расхода электро- энергии на СН электростанции. Расход электроэнергии на СН по месяцам варьируется в широком диапазоне: от 14,9% (в мае) до 56,0% (в июле) от месячного объема выработки электроэнергии генераторами ТЭЦ предпри- ятия. Анализ электропотребления ТЭЦ показал, что относительные затраты электроэнергии на СН ТЭЦ имеют достаточно большие значения. Это обу- словлено отклонениями реальных режимов работы электрооборудования станции от номинальных и отсутствием разделения потребления электро- 77 энергии на собственные и хозяйственные нужды. Повышенные затраты электроэнергии на СН вызваны также применением устаревшего оборудо- вания, низкими коэффициентами загрузки силовых трансформаторов и высоковольтных электродвигателей. УДК 621.311 Потребители-регуляторы электрической нагрузки горнорудных предприятий Анищенко В.А., Сушко Н.С. Белорусский национальный технический университет Один из косвенных методов управления электропотреблением про- мышленных предприятий основан на использовании потребителей- регуляторов. Они отключаются в часы максимумов нагрузки энергосис- темы и работают в остальные часы суток, что способствует выравниванию графика нагрузки предприятия. В горнорудной промышленности значи- тельное количество электроэнергии расходуется на водоотлив из шахт. Насосные станции, осуществляющие принудительный водоотлив, могут служить эффективными потребителями-регуляторами. Для исключения работы насосов в часы максимумов нагрузки энергосистемы необходимо, чтобы емкости водосборников в эти промежутки времени были свободны или позволяли принимать естественный водоотлив. Если продолжитель- ность максимума нагрузки энергосистемы tmax меньше времени заполне- ния водосборника t1 ( если он был откачен полностью) до максимально допустимого уровня, то насосы откачки можно отключить на промежуток t1. При tmax> t1 для обеспечения нормальных условий работы необходимо, чтобы в промежуток времени tmax насосная станция работала. Часовая производительность насосной станции qн, м 3/ч, при которой не произойдет переполнение водосборника, определяется выражением qн= qпр-Qсб/ tmax, где естественный водоприток в водосборник qпр, м 3/ч и объем водосборни- ка Qсб, м 3 определяют продолжительность t1= Qсб/ qпр. Экономический эффект для рудоуправления, достигнутый за счет работы водоотливной станции в режиме потребителя-регулятора, определяется снижением пла- ты за заявленный максимум нагрузки предприятия в часы максимумов нагрузки энергосистемы. Выигрыш для энергосистемы состоит в сниже- нии удельного расхода топлива за счет сдвига генерируемой мощности из зон максимумов в другие зоны суточного графика. 78 УДК 621.311.1 К расчету электрических сетей, питающих светодиодные источники света Радкевич В.Н., Михайлова Я.В. Белорусский национальный технический университет В настоящее время светодиодные источники света благодаря высокой све- товой отдаче и длительному сроку службы активно укрепляют свои позиции на рынке светотехнических изделий. Их целесообразно применять для осве- щения улиц, дорог, наружных территорий, а также различных вспомогатель- ных и производственных помещений. Широкая номенклатура светодиодной продукции позволяет подобрать экономически целесообразные варианты ис- пользования светодиодных приборов на промышленных и коммунально- бытовых объектах. Построение осветительных установок должно осуществляться на основе светотехнических и электрических расчетов. На данный момент в Республике Беларусь отсутствуют нормативно-технические и методические материалы, учитывающие специфику расчетов электрического освещения светодиодными приборами. Поэтому расчеты выполняются методами, разработанными для установок с газоразрядными лампами, что оказывает влияние на полученные результаты. В связи с этим информация о показателях электропотребления светодиодных приборов представляет определенный интерес. На кафедре "Электроснабжение" БНТУ проведены экспериментальные исследования зави- симости от напряжения потребляемого тока, активной и реактивной мощно- стей для светодиодного прожектора типа Kanlux PACO LED45-W и светильни- ка типа L-school 16/1500/Д. Исследования показали, что указанные световые приборы имеют стабильные значения потребляемой активной мощности, практически не зависящие от подведенного напряжения. Мощность светильника типа L-school 16/1500/Д при разных подведенных напряжениях соответствует паспортному значению, прожектора типа Kanlux PACO LED45- W - на 25 % больше, чем указана в паспорте. Реактивная мощность светодиодных приборов имеет емкостный характер, что должно учитываться при расчете режимов напряжения в осветительных установках. Показатели электропотребления светодиодных световых приборов незначительно зависят от величины подведенного напряжения. В связи с этим выбор сечений проводников, питающих светодиодные лампы, по допустимой потере напряжения не столь актуален по сравнению с сетями, к которым присоединяются традиционные источники света. Определяющим при выборе сечений проводов и кабелей является расчет по допустимому нагреву с учетом температуры окружающей среды. 79 УДК 620.9 (64) Повышение энергоэффективности больничных учреждений Марокко Русан В.И., Аит Бахажу М.* Белорусский государственный аграрный технический университет Белорусский национальный технический университет* На основе приведенных исследований установлено, что в Марокко на- циональное производство энергоносителей обеспечивает лишь 4 % по- требностей страны, при этом для производства более 95 % электроэнергии используется импортируемое углеводородное топливо. Одним из крупных потребителей электроэнергии являются больничные учреждения Марокко (БУМ), энергоэффективность которых является крайне недостаточной. Для БУМ характерны непрерывность потребления, жесткие требования к со- стоянию окружающей среды в помещениях, высокая энергоемкость обо- рудования. Удельное электропотребление в больницах составляет от 330 до 345 кВт ч/м2. При этом затраты энергоносителей в БУМ в 2-3 раза вы- ше, чем в Норвегии, Дании и других странах. Причем электрическая энер- гия в настоящее время является практически единственным видом энергии в больницах Марокко. В основном электроэнергия в больницах использу- ется биомедицинским и стерилизационным оборудованием, на нужды ото- пления и горячего водоснабжения, станций обработки воздуха и конди- ционирования, освещения, кухонь, компьютерного и информационного обеспечения. Проведенные энергетические аудиты показали, что более 70 % электропотребления в БУМ приходится на биомедицинское обору- дование, освещение и кондиционирование/отопление. Замена устаревшего оборудования и оптимизация его состава согласно расчетам позволят снизить потребление электрической энергии не менее чем на 390 МВт-ч в год и уменьшить затраты больницы за электроэнергию более чем на 10 %. Повышение энергоэффективности больничных учреждений можно обеспечить за счет разработки и реализации различных энергосберегаю- щих мероприятий, основными из которых являются: - комплексное проведение энергетических аудитов; - внедрение современных интеллектуальных систем учета и управления энергопотреблением; - нормирование расхода ТЭР; - эффективное применение компенсации реактивной мощности; - установка систем и источников энергоэффективного освещения; - совершенствование систем производства и хранения сжатого воздуха и вакуума и др. 80 УДК 621.311 Ранжирование трансформаторных подстанций и их присоединений по техническому состоянию Сталович В.В. Белорусский национальный технический университет На большинстве производственных объектах ввиду недостаточного фи- нансирования, невозможно позволить быструю и повсеместную замену элек- трооборудования, у которого срок службы превысил нормативное значение. Как показывает практика, на трансформаторных подстанциях (ТП) различных предприятиях Республики Беларусь эксплуатируется значительное количество силовых трансформаторов и кабельных линий, со сроком службы более 25 лет, нередко встречается и более 50 лет. Это приводит к снижению надёжно- сти систем электроснабжения, что часто влечёт за собой аварии и внеплано- вые отключения. В условиях ограниченного финансирования существенной проблемой является корректный выбор оборудования, требующего замены или ремонтов в первую очередь. Следует учитывать, что наличие полностью самортизированных трансформаторных подстанций и их присоединений не означает полного исчерпания у них запаса прочности, так как реальное техни- ческое состояние зависит от целого ряда факторов при их эксплуатации. Ран- жирование трансформаторных подстанций и их присоединений по техниче- скому состоянию заключается в разбиении парка оборудования на группы (ранги) в зависимости от имеющегося запаса прочности и, соответственно, требований к замене или ремонту. Встречается, что на производственных объ- ектах с большим количеством ТП, замена либо ремонт электрооборудования осуществляется при выходе его уже из строя, либо исходя из опыта и знаний обслуживающего персонала, который не только постоянно меняется, но и сокращается, тем более в условиях кризиса. Так происходит, что объективных данных о реальном состоянии всего парка ТП и их присоединений нет и полу- чить их в сжатые сроки невозможно из-за большой трудоёмкости данного обследования. Предлагается ТП оснащать счётчиками остаточного ресурса трансформаторного оборудования и отходящих присоединений, который мо- жет быть выполнен в виде отдельного устройства, либо может быть интегри- рованным в электронные приборы учёта электрической энергии. Алгоритм работы предлагаемого устройства основан на зависимости изно- са изоляции оборудования от величины нагрузки, так как исключая из винов- ников повреждений персонал и брак заводов изготовителей, другими словами человеческий фактор, основной причиной повреждаемости является старение изоляции. 81 УДК 621.311 Влияние выбора оборудования и места расположения трансформаторных подстанций 6-20/0,4 кВ на качество электрической энергии Сталович В.В. Белорусский национальный технический университет Проблема качества электрической энергии (КЭЭ) в системах электро- снабжения (СЭС) является одной из важнейших, определяющих надеж- ность и эффективность электроснабжения потребителей. Непрерывный рост установленной мощности нелинейных, несимметричных и резкопе- ременных нагрузок приводит к ухудшению КЭЭ. Задача выбора оборудо- вания и места расположения трансформаторных подстанций (ТП) 6-20/0,4 кВ обязательно должна решаться с учётом обеспечения требуемо- го КЭЭ. В соответствии с действующими нормативными документами, к числу наиболее важных показателей качества электроэнергии относятся отклонение, колебания, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Так, для компенсации отклонения напряжения все цеховые трансфор- маторы 6-20/0,4 кВ для изменения коэффициента трансформации должны снабжаться специальными устройствами ПБВ. Также, при выбор еместа расположения подстанций следует стремиться к максимальному прибли- жению напряжения 6-20 кВ к электроприемникам, уменьшая протяжен- ность сетей до 1 кВ. Иногда, предпочтение может отдаваться в пользу двух однотрансформаторных по сравнению с одной двухтрансформаторной подстанцией. В СЭС возможно применение трёхтрансформаторных под- станций для раздельного питания силовой и осветительной нагрузок, или при питании резкопеременных, либо ударных нагрузок. Обычно на ТП трансформаторы работают раздельно, но в ряде случаев стоит их включать на параллельную работу для обеспечения пуска и самозапуска крупных электродвигателей, и для снижения колебания напряжения. Величина не- симметрии напряжения, под действием которого снижается срок службы изоляции и ухудшаются технико-экономические показатели СЭС, зависит от применяемой схемы соединения обмоток трансформаторов. Примене- ние силовых трансформаторов 6-20/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Δ-Y0 или Y-Z (зигзаг) вместо Y-Y0, позволяет на порядок снизить напря- жение нулевой последовательности, а если же данное решение не приво- дит к требуемому снижению несимметрии, то могут быть применены трансформаторы со специальными встроенными симметрирующими уст- ройствами. 82 УДК 621.32 О влиянии искусственного освещения на здоровье человека Ярошевич Т.М. Белорусский национальный технический университет Естественное освещение, т.е. солнечный свет наиболее благоприятен для человека. Спектр солнца непрерывный и практически равномерный. Аналогичным, непрерывным, спектром обладают лампы накаливания. Од- нако, недостаток данного света, то что свет мерцает с достаточно высокой частотой, которая воздействует на нервную систему и органы зрения чело- века. И из-за яркости света лампы накаливания резкий взгляд на лампу слепит глаза. Спектр люминесцентных ламп прерывистый, глаз человека этого не замечает, но это вызывает у человека повышенную усталость, раздражи- тельность. Люминесцентные лампы излучают ультрафиолетовый свет и при нахо- ждении под такой лампой, на расстоянии ближе 30см провоцируется забо- левание глаз и кожи. Кроме того, если данный вид лампы стоит в ночных, настольных и прикроватных осветительных приборах и находится в непо- средственной близости к ним, то можно попасть в зону высокого электро- магнитного излучения, это еще один фактор риска для здоровья человека. Данный тип ламп содержит пары высокочастотной ртути, поэтому если люминесцентная лампа выполнена, не герметична или если после ее пере- горания, ее не отдать в специальное место для утилизации, то лампа будет выделять опасные токсические испарения ртути, которые могут вызывать серьезные отравления, поражать нервную систему, печень, почки, легкие и т.д. Спектр светодиодных ламп равномерный, что для наших глаз приятно и идеально. Однако, в светодиодных лампах для получения белого света используются голубой диод со световыми волнами, похожими по свойст- вам на ультрафиолетовые, и желтый диод. Как раз, основной риск для здо- ровья глаз заключается в голубом свете. В первую очередь, страдает сет- чатка, чувствительная к ультрафиолетовому свету. Во-вторых, голубой свет может ухудшить состояние человека, больного возрастной макуляр- ной дистрофией, чувствительных к свету из-за кожных болезней людей, лиц, проходящих медикаментозное лечение, а так же, нельзя забывать о том, что такие лампы подвергают глаза воздействию света, почти в 1000 раз превышающему классическое излучение. 83 Теплоэнергетика УДК 539.172:543.522 Вероятностный анализ безопасности как существенная часть оценки уровня безопасности АЭС Буров А.Л., Романко В.А. Белорусский национальный технический университет Вероятностный анализ безопасности (ВАБ) является количественным ме- тодом оценки частоты и последствий аварий, которые могут произойти на атомных электростанциях (АЭС). Основная польза от выполнения ВАБ заключается в детальном системном анализе проекта станции, ее эксплуатационных характеристик и внешних воз- действий, включая определение доминантных вкладчиков в риск и изучение возможностей для снижения риска. ВАБ дает согласованную интегральную модель безопасности АЭС, предоставляя, таким образом, согласованную и всестороннюю структуру для принятия решений, связанных с безопасностью. ВАБ также дает количественные оценки риска АЭС, включая количественную оценку неопределенностей этих оценок. Однако, необходимо четко понимать, что получение количественных оценок риска является лишь промежуточным этапом всего процесса выполнения ВАБ; количественные оценки риска явля- ются в основном лишь средством помощи при проведении ВАБ в решении технических вопросов безопасности. В международной практике сформировались три уровня ВАБ: Уровень 1: Оценка частоты повреждения активной зоны реактора. Уровень 2: Оценка частоты возможных выбросов радионуклидов за пре- делы АЭС с учетом поведения контайнмента после аварии с повреждением активной зоны. Уровень 3: Оценка рисков для населения и/или окружающей среды вслед- ствие выброса радионуклидов за пределы контайнмента, сопровождающего аварию с повреждением активной зоны. Основные математические методы, используемые при проведении ВАБ, включают теорию множеств, Булеву алгебру и теорию вероятности. ВАБ вы- полняется путем построения интегральной логической модели (обычно, набор соединенных друг с другом деревьев событий и деревьев отказов), состоящую из логических операторов и базовых событий (различные исходные события, отказы оборудования, неготовность оборудования вследствие проверок или обслуживания, отказы по общим причинам и ошибки оператора). Вероятность каждого базового события оценивается с использованием статистических данных, дополненных мнением экспертов. Таким образом, ВАБ является неотъемлемой частью обеспечения безопас- ности в процессе строительства и эксплуатации Белорусской АЭС. 85 УДК 628.1 Использование компьютерных технологий проектирования ВПУ тепловых и атомных станций в учебном процессе кафедры ТЭС Римашевская Е.Д. Белорусский национальный технический университет При проектировании новых и модернизации существующих водопод- готовительных установок (ВПУ) основными задачами являются: обеспе- чение стабильного качества получаемой воды; обеспечение технологиче- ской надежности и устойчивости работы оборудования; сокращение экс- плуатационных затрат; минимизация количества сбрасываемых стоков. Расчет технологических параметров систем водоподготовки выполнял- ся с помощью специализированных программ («CADIX», «IonExchangeDesign», «LewaPlus», «CSMPro», «IMSDesign 2015», «ROData», «ROSA», «Winflows» и др.), разработанных фирмами- производителями основных технологических элементов схем водоподготовки К основным фирмам-производителям мембранных аппаратов (элемен- тов) относятся: FILMTEC, Hydranautics, LANXESS, Saehan, Osmonics, Woongjin Chemical, для ионообменных смол и установок химического обессоливания воды основными являются фирмы: DOW CHEMICAL, LANXESS, Purolite. Данные специализированные компьютерные програм- мы позволяют рассчитать схемы оптимального гидравлического распреде- ления и определения химического состав фильтрата, исходя из заданных характеристик установки. Автором была проделана большая работа по освоению компьютерных программ проектирования, предлагаемых различными фирмами. При этом основной упор был сделан на малосточные технологии обессоливания во- ды для ТЭС и АЭС. По результатам работы в 2015 году было получено 2 акта внедрения в образовательный процесс кафедры «ТЭС» БНТУ в учебные программы дисциплин «Водоподготовка и водно-химические режимы АЭС» и «Водо- подготовка и водно-химические режимы ТЭС» при выполнении курсовых проектов, а также в учебно-методическое пособие по курсовому и диплом- ному проектированию для специальностей. 1-43 01 08 «Паротурбинные установки атомных электрических станций» и 1-43 01 04 «Тепловые элек- трические станции» соответственно. 86 УДК 621.165 Определение необходимых условий для эффективной работы системы шариковой очистки трубок конденсаторов паровых турбин Герасимова А.Г., Мальгин А.В. Белорусский национальный технический университет Одним из способов повышения мощности турбоагрегатов является улучше- ние условий теплопередачи в конденсаторах паровых турбин. Был проведен анализ микрозагрязнений внутренних поверхностей охлаждающих трубок, а также влияния загрязненности на процесс теплопередачи в конденсаторах. Рас- сматривается существующий способ очистки конденсаторных трубок с помо- щью пористых эластичных шариков из губчатой резины, который реализован на ряде крупных ТЭЦ и ГРЭС Республики Беларусь. При эксплуатации системы шариковой очистки (СШО) был выявлен существенный недостаток – низкая эффективность данного способа очистки из-за несоблюдения требований по подготовке системы циркуляционного водоснабжения к эксплуатации, а также некоторая степень несовершенства технологии СШО. Целью данной работы является выявление причин, приводящих к снижению эффективности работы установки. Была проведена серия опытов по оценке эффективности работы СШО, уста- новленной на конденсаторе паровой турбине Т-250/300-240. В результате была установлена причина низкой эффективности работы данной системы, обуслов- ленная наличием на внутренних поверхностях трубок конденсаторов твердых карбонатных отложений, препятствующих нормальной циркуляции пористых резиновых шариков. Был сделан вывод, что СШО не предназначена для очистки уже загрязненных трубок конденсатора, а является превентивным методом про- тив появления отложений, для эффективной работы которого необходима пред- варительная высококачественная очистка внутренней поверхности основного и встроенного пучков конденсатора. Традиционно используемый механический вид очистки карбонатных отло- жений не позволяет достичь необходимой чистоты трубок без их повреждения, поэтому наиболее эффективным мероприятием перед вводом в эксплуатацию СШО является химическая очистка трубок конденсатора (обязательное приме- нение химреагентов с минимальной коррозионной агрессивностью) и после- дующая доочистка внутренних поверхностей от твёрдых отложений накипи высоконапорной гидравлической установкой. Для защиты поверхностей водоводов, входных камер, трубных досок кон- денсатора от коррозии, снижения износа шариков и улучшения их входа в труб- ки целесообразно также использовать антикоррозионное полимерное покрытие. 87 УДК 621.182 Котлы с циркулирующим кипящим слоем для электростанций Жихар Г.И. Белорусский национальный технический университет Разработчиком и лидером технологии сжигания твердого топлива в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) является компания Foster Wheeler (США). Впервые технология ЦКС была применена компанией в неболь- шой установке мощностью 110 МВт в 1987 г. Позже компания перешла на установки средней мощности – 2х300 МВт для энергокомпании г. Джексонвилл в 2001 г. В период с 1998 по 2004 г. компания поставила шесть ЦКС-котлов общей мощностью 1500 МВт для крупнейшего проекта в истории реконструкции теплоэлектростанций в Польше. Более 300 котлов с кипящим слоем основаны на технологии ЦКС. В Польше поставлен первый в мире ЦКС-котел сверхкритического давления, а также крупнейшая в мире установка с ЦКС, ее мощность со- ставляет 460 МВт.Низкий уровень выбросов является основным преиму- ществом технологии ЦКС, обеспечивающим соответствие самым строгим экологическим нормам. Ступенчатое сжигание топлива в ЦКС-котлах, а также относительно низкая температура обеспечивают длительное время нахождения топлива в топке, что приводит к высокой эффективности сжи- гания топлива с образованием малого количества оксидов азота (NOх ). Связывание серы обеспечивается добавлением в топку известняка. Установки с ЦКС производства этой компании способны сжигать прак- тически все виды топлива включая отходы, обычно подлежащие захороне- нию. Технология последнего поколения применена в прямоточном котле сверхкритического давления, в котором используется технология BENSON фирмы Siemens с вертикальными трубами топки для установок мощно- стью свыше 300 МВт. Применение технологии BENSON позволяет соеди- нить преимущества технологии ЦКС с высокой эффективностью техноло- гии сверхкритического давления пара. В этих котлах используется нефтя- ной кокс, лигнин, отходы углеобогащения и биомассу как в качестве ос- новного топлива, так и в сочетании с другими видами топлива в течении всего срока эксплуатации. 88 УДК 621.345.85 Методы диагностики вспомогательного оборудования с применением цифрового модуля вибродиагностики Басалай Д.В., Назаров В.И. Белорусский национальный технический университет Готовность системы является одним из наиболее важных критериев, используемых при эксплуатации машины. По этой причине увеличение коэффициента готовности и поддержание его на высоком уровне является основной задачей, стоящей перед оператором системы. Подробная информация о состоянии машины или системы может быть получена путем измерения параметров, связанных с нарушениями или от- клонениями в работе. Данные этих параметров используются различными алгоритмами модуля для расчета значений показателей. Метод формиро- вания значений показателей осуществляется в непрерывном автоматиче- ском режиме. При внедрении системы мониторинга состояния в систему автоматизации недостаточно просто настройки основных предельных зна- чений, при достижении которых будут выдаваться предупреждения. Необ- ходимо также установление логических связей с другими параметрами, такими как нагрузка или скорость, или даже с формой кривой тренда. Та- ким образом, осуществляется сбор значений показателей и сравнение их с нормативными требованиями или значениями, полученными на основании опыта эксплуатации оборудования. Кривая тренда может служить эффек- тивным средством для оценки состояния агрегата. Анализ развития тренда позволяет определить начальный этап развития повреждения. Основные методы диагностики вспомогательного оборудования такие как пиковое значение высоких частот и обработанного сигнала, крест фак- тор высоких частот и необработанного сигнала, среднеквадратичные зна- чения виброскорости и виброускорения необработанного и обработанного сигналов и др. используется для определения таких повреждений вра- щающегося оборудования как разбалансировка, неправильное положение, ослабление крепления компонентов, повреждение подшипника на началь- ной и конечной стадиях, недостаточная смазка и др. Стоит заметить, что каждый из описанных методов позволяет судить о той или иной неисправ- ности оборудования с различной степенью точности. Для достижения наи- лучших показателей диагностики, необходимо использовать наилучшее соотношение «метод-повреждение» с точки зрения точности определения неисправности. 89 УДК 621.311 Анализ вибрационных режимов при пуске турбоагрегата К-1000-60/3000 с использованием математической модели Буров А.Л., Павловская А.А. Белорусский национальный технический университет Последствия вибрации турбоагрегата (ТГ)проявляются в появлении ус- талостных трещин в роторе турбины, нарушении взаимного крепления частей и жесткой связи статоров и т.д.Вибрацию ТГ измеряют на всех подшипниковых опорах в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтально-поперечном и горизонтально-осевом по от- ношению к оси вала турбоагрегата. Мерой уровня вибрации являетсявиб- роскорость – скорость перемещения элемента в момент прохождения им нейтрального положения. Измеряется в мм/сек (мкм-амплитуда колеба- ния). При выполнении эксперимента была использована учебная лабора- тория «Турбинное отделение АЭС с ВВЭР-1000», которая представляет собой интегрированный программно-технический и учебно-методический комплекс. Объектом моделирования является турбоустановка К-1000- 60/3000. Для получения вибрационных характеристик осуществлялось мо- делирование пуска и нагружения турбины из горячего состояния. По по- лученным результатам строим графики зависимости виброскорости под- шипников от частоты вращения турбоагрегата (рисунки 1, 2). Как видно из графиков, все подшипники имеют критические частоты при которых наблюдается рост продольной и поперечной вибрации. Кри- тические частоты для продольной и поперечной вибрации одного и того же подшипника могут иметь разные значения. Критические частоты под- шипников сконцентрированы в промежутке 1600-1800 об/мин. Рисунок 1 – Графики зависимости поперечной виброскорости от частоты вращения турбоагрегата Рисунок 2 – Графики зависимости продольной виброскорости от частоты вращения турбоагрегата 90 УДК 621.165 Принципы выбора материалов теплоэнергетического оборудования и трубопроводов ТЭС Герасимова А.Г., Шишло В.А. Белорусский национальный технический университет Правильный выбор конструкционных материалов и сохранение их свойств в процессе эксплуатации является одним из основных критериев, определяющих надежность и долговечность оборудования и трубопроводов. При выборе марки стали для конкретной детали необходимо учитывать требуемый уровень конструкционной прочности, надежности и долговеч- ности детали, а так же технологию ее изготовления, экономию металла и специфические условия службы детали. Единых принципов при выборе конструкционных материалов пока не разработано, поэтому каждый спе- циалист выполняет эту задачу в зависимости от своего опыта и знаний, вследствие этого при выборе марки стали случаются и ошибки, что может привести к нежелательным последствиям. Как правило, выбор конструк- ционных материалов осуществляется в три этапа. Первый этап – анализ условий эксплуатации. На этом этапе необходимо всесторонне рассмот- реть условия работы материала и повести ранжирование факторов, по сте- пени влияния их на надежность оборудования или трубопроводов. Определяющие факторы должны быть учтены обязательно, менее оп- ределяющие – по возможности. Второй этап – определение комплекса не- обходимых свойств, обеспечивающих надежную и долговечную работу оборудования в заданных условиях эксплуатации. Так как конструкцион- ные материалы характеризуются механическими, физическими, химиче- скими и технологическими свойствами, то рассматривать необходимо всю гамму свойств, особенно, если в конструкции должны работать разнород- ные материалы. Третий этап – оценка стоимости и дефицитности мате- риала. Материал по возможности должен быть дешевым, с учетом всех за- трат (стоимость материала, трудоемкость изготовления, эксплуатационная стойкость). Необходимо учитывать наличие дефицитных составляющих (Mo, W, Ni, Co и др.), однако в тех случаях, когда без них невозможно обес- печить необходимых служебных свойств, их применение обосновано. Немаловажное значение при выборе материала играет и знание норма- тивно-технической базы. Так, например, общие требования и рекомендуе- мые материалы для трубопроводов ТЭС приведены в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды». 91 УДК 621.11 Работа теплогенерирующего оборудования ТЭС в режимах резервирование мощности. Карницкий Н.Б., Захаркин М.А. Белорусский национальный технический университет В связи с ростом потребления электроэнергии в Белорусской энерго- системе и снижением экспортных возможностей соседних энергосистем остро встал вопрос надежности обеспечения баланса мощностей и обеспе- чением электроэнергией при выходе из строя генерирующего оборудова- ния. В электроэнергетической системе под надежностью понимается спо- собность обеспечить поставку заявленной потребителем в соответствии с договором энергоснабжения электрической энергии (мощности), при со- блюдении поставщиком установленных договором с потребителем техни- ческих условий поставки в отношении качественных и количественных показателей надежности и качества поставляемой электроэнергии (мощно- сти). Маневренность оборудования характеризуется техническим мини- мумом нагрузки агрегата, временем пуска агрегата в эксплуатацию из хо- лодного состояния, скоростью набора/сброса нагрузки. В этих условиях надежность энергоснабжения обеспечивается созданием в сфере генерации резервной мощности в энергосистемах, созданием запасов топлива на ТЭС и запасов воды в водохранилищах ГЭС и ГАЭС. Рассмотрены все виды резервов генерирующей мощности и маневренность оборудования. Изуче- ны проблемы Белорусской энергосистемы, варианты и опыт других стран в решении этих проблем, сделаны выводы. Реальными шагами для улучшения ситуации обеспечения высокома- невренного резерва мощности может быть следующее: 1. Сооружение гидроаккумулирующей электростанции; 2. Установка пиковых газовых турбин (для максимальных нагрузок); 3. Применение всех потребителей на дифференцированный по зонам суток тариф на электроэнергию; 4. Применение электрокотельных; 5. Применение на ТЭЦ баков-аккумуляторов; 6. Создание центрального автоматического регулятора частоты и ак- тивной мощности (ЦАРЧМ). 92 УДК 621.182 Образование оксидов азота и серы в котлах с кипящим слоем Жихар Г.И. Белорусский национальный технический университет В настоящее время большое внимание уделяется экологической систе- ме с целью ограничить ее загрязнение вредными веществами. Значитель- ные выбросы в атмосферу сернистого ангидрида (SO2) и оксидов азота (NOх), образующихся при сжигании органического топлива, побуждают разрабатывать новые безотходные технологии в промышленности и в энергетике. Необходимость решения двух проблем сжигания: низкосорт- ность топлива и обеспечение чистоты атмосферного воздуха, привела энергетиков к технологии, способной решать обе эти задачи одновременно – это сжигание угля в кипящем слое. Процесс обессеривания в кипящем слое происходит при присадке из- вестняка или доломита. Оптимальная температура для обессеривания близка к 850 0С. При более высоких температурах происходит обратное термическое разложение СаSO4 на исходные составляющие и поэтому эффективность обессеривания снижается. При низких температурах реак- ция протекает медленно и не полностью. Результирующий продукт СаSO4 является нейтральным, поэтому его хранение вместе с золой не вызывает серьезных опасений. Оксиды азота в кипящем слое образуются по трем различным механи- зиам:1- термические NO, образующиеся из N2 и О2 воздуха (при темпера- туре 850 0С практически не образуются); 2 – быстрые NO – при нормаль- ном процессе сжигания настолько малы, что их количество не имеет прак- тического значения; 3 – топливные NOх возникают из органически связан- ного азота топлива и кислорода воздуха. В нормальных условиях в кипящем слое 90 % топливного азота пере- ходит в молекулярный азот N2, который не представляет опасности и только 10 % азота топлива переходит в NO, который в дымовых газах, а потом и в атмосфере медленно превращается в особенно токсичный диок- сид азота NO2. Помимо низкой температуры сжигания, которая препятствует возник- новению термического NOх, снижение избытка воздуха является самым эффективным способом подавления оксидов азота. Оптимальная температура кипящего слоя с учетом реакции обессери- вания и восстановления оксидов азота находится в пределах 850 – 900 0С. 93 УДК 621.577 Энергетическая эффективность применения теплонасосных установок на ТЭЦ Качан С.А., Маринович А.Н. Белорусский национальный технический университет Утилизация сбросной низкопотенциальной теплоты определяет энерге- тические, экономические и экологические преимущества теплонасосных установок (ТНУ), но потребление электроэнергии парокомпрессионными ТНУ существенно эти преимущества ограничивает. Системный анализ показывает, что при низкой эффективности произ- водства электроэнергии на ТЭС, парокомпрессионные ТНУ не имеют энергетического преимущества перед обычными котельными, ни в части эффективности использования топлива, ни в части сокращения сброса низкопотенциальной теплоты в окружающую среду. С ростом эффектив- ности ТЭС, в том числе за счет применения на них парогазовых техноло- гий, энергетическая эффективность ТНУ существенно повышается. Тем не менее, целесообразность применения ТНУ на ТЭЦ и в системах централизованного теплоснабжения может быть обоснована только путем тщательного термодинамического и технико-экономического анализа. Так, термодинамически несостоятельно использование ТНУ для пони- жения температуры охлаждающей воды, поступающей в конденсатор, и углубления в нём вакуума, с получением дополнительной электрической мощности, использованием ее на привод ТНУ и отпуском дополнительной теплоты потребителю при том же итоговом отпуске электроэнергии. Утилизация низкопотенциальной теплоты системы оборотного водо- снабжения ТЭЦ с помощью ТНУ эффективна при более высоких коэффи- циентах трансформации энергии в ТНУ. Так, целесообразно за счет ТНУ подогревать сырую подпиточную воду, вытесняя нагрузку отопительных отборов турбин. На ТЭЦ, с недостаточной мощностью системы оборотно- го технического водоснабжения, ТНУ могут рассматриваться как альтер- натива строительству новых градирен. Использование ТНУ на ТЭЦ может оказаться целесообразным для об- легчения прохождения суточных графиков электрической нагрузки энер- госистемы. С учетом сказанного, исследования термодинамической и технико- экономической целесообразности использования ТНУ в современных цен- трализованных системах теплоснабжения с ТЭЦ является актуальной за- дачей. 94 УДК 664.047 Установка для получения сухих кормовых добавок из жидких отходов пищевой промышленности Кащеев В.П., Воронов Е.О., Пронкевич Е.В. Белорусский национальный технический университет Изобретение относится к химической технологии, к способам фрак- ционирования водно-органических смесей, к области концентрирования растворов путём упаривания и может быть использовано в химической, пищевой промышленности, а именно, для упаривания фруктовых и овощ- ных соков, концентрирования различных веществ. Изобретение решает техническую задачу, заключающуюся в упрощении технологии упарива- ния, снижении стоимости и массогабаритных характеристик оборудова- ния, упрощении его обслуживания, уменьшении энергозатрат, в исключе- нии образования отложений и в предотвращении уноса капель жидкости из устройства. Сущность изобретения заключается в следующем: в спосо- бе упаривания (разделения) водно-органических смесей используется не- прерывная ректификация в центробежном поле, включающая разделение исходной смеси на жидкостный остаток и на поток пара. Причём выделяе- мый пар подогревают путем механической компрессии и подают в рекупе- ративный теплообменник, где им подогревают упариваемую смесь, пере- мещая её вдоль теплообменных поверхностей, при этом конденсируя пар, а упаренную жидкость и конденсат пара непрерывно удаляют из системы. Положительный эффект достигается тем, для интенсификации теплообме- на создают перемешивание смеси, создают такое криволинейное движение смеси вдоль теплообменных поверхностей, что в верхней части при всех режимах работы происходит отрыв от поверхности стенки капель смеси и под действием центробежных сил возвращение их во вращающийся слой упариваемой смеси. А также тем, что с момента запуска системы до ее выхода на номинальный рабочий режим , в зоне, где подогревают смесь, ей придают криволинейное движение. Также тем, что при запуске системы механической компрессии атмосферный воздух подают в рекуперативный теплообменник, где им подогревают упариваемую смесь. Исследования показали, что энергозатраты при работе установки по сравнению с другими подобными устройствами минимальны, т.к. почти полностью утилизируется теплота фазового перехода, также малы потери теплоты в окружающую среду из-за небольших массогабаритных харак- теристик устройства, хотя есть определённые трудности при его изготов- лении. 95 УДК 621.311.22 Совершенствование ремонтов теплоэнергетического оборудования Качан С.А., Мартысевич А.В. Белорусский национальный технический университет Система планово-предупредительных ремонтов (ППР), разработанная в начале 60-х годов, предусматривает проведение различных типов ремон- тов теплоэнергетического оборудования (ТЭО) с заранее заданными объе- мами, продолжительностью и периодичностью ремонтных работ. При этом нормы на продолжительность межремонтных периодов (МРП) и объ- емы работ устанавливаются скорее на основании традиций (или усреднен- ных статистических показателей), чем на инженерных расчетах, учиты- вающих особенности работы и износа конкретных узлов и агрегатов. Неукоснительное соблюдение МРП и проведение всего комплекса рег- ламентных работ для однотипного ТЭО, имеющего различные наработку, графики нагрузки, число пусков и остановов, часто приводит к необосно- ванному завышению объема и стоимости ремонтных работ. В то же время своевременное восстановление надежности и экономичности ТЭО увели- чивает срок его эксплуатации и уменьшает потребление им топлива. В современных условиях для более рационального использования ма- териальных, трудовых и финансовых ресурсов целесообразен выбор МРП с учетом технического состояния ТЭО, его отдельных узлов и элементов. Для оценки изменения состояния оборудования применим статистиче- ски-эксплуатационный метод, при котором источником информации о действительном состоянии оборудования является опыт его эксплуатации. Оперативный сбор и обработка информации по динамике изменения теп- ловой экономичности и надежности основных узлов и элементов ТЭО возможны с использованием автоматических систем технической диагно- стики, а выбор оптимальных МРП - с использованием соответствующих математических моделей, учитывающих влияние режимных (или парамет- рических) и динамических (определяемых длительностью и нестационар- ностью эксплуатации) факторов. При этом для каждого элемента ТЭО мо- жет быть определен перечень характерных диагностических признаков, по которым оценивается его состояние, а дефекты обнаруживаются на ранних стадиях их развития. Рассматриваемый подход к организации ремонтов может позволить со- кратить как число и длительность вынужденных простоев оборудования, так и затраты на проведение ремонтов. 96 УДК 502.55.620.9 Принципы обезвреживания агрессивных сточных вод ТЭС Крапивницкий Р.А., Чиж В.А. Белорусский национальный технический университет Тепловые электрические станции (ТЭС), вырабатывая электроэнергию и тепло, оказывают негативное влияние на окружающую природную сре- ду, загрязняя воздух, воду и землю. К основным сточным водам на ТЭС следует отнести: сточные воды ВПУ; воды, контактирующие с нефтепро- дуктами и загрязненные ими; продувочные воды замкнутых технологиче- ских контуров, в которых происходит процесс накапливания примесей в результате выпаривания или контакта с более минерализованными среда- ми (продувка градирен, замкнутых систем Г3У); cбросные воды систем ГЗУ; отработанные растворы реагентов, используемых для очистки внут- ренних и наружных поверхностей нагрева теплосилового оборудования; воды после консервации оборудования; ливневые стоки с территории ТЭС. Выбор метода и схемы обработки сточных вод ТЭС производится в за- висимости от конкретных условий проектируемой электростанции: мощ- ности устанавливаемого основного оборудования, режима работы, вида топлива, способа золошлакоудаления, системы охлаждения, схемы водо- подготовки, местных климатических, гидрогеологических и прочих фак- торов. Опасные отходы подразделяются на классы опасности. К отходам пер- вого (наиболее опасного) класса относятся отработанные люминесцентные лампы и ртутьсодержащие приборы; образование отходов второго класса связано с приемом, хранением и подготовкой к сжиганию мазута, приме- нением смазочных и изоляционных масел, обмывкой поверхностей нагре- ва котлов и РВП; отходы третьего класса включают промасленную фильт- ровальную бумагу (после фильтр-прессов), ветошь обтирочную, песок, загрязненный нефтепродуктами, сорбенты (уголь активированный, антра- цит, силикагель) и т.д. Часть их сжигается в котлах электростанций; боль- шинство отходов четвертого класса вывозится на санкционированную свалку. Для совершенствования обращения с отходами необходимо: отказаться от применения материалов, приводящих к образованию токсичных отхо- дов, не подлежащих утилизации; создать обобщающую информацию о возможных путях утилизации отходов как на самих ТЭС, так и в других отраслях; создать единую методологическую базу по расчету нормативов образования отходов и лимитов на их размещение для ТЭС. 97 УДК 001.92 Динамика валового внутреннего продукта Республики Беларусь и Украины с прогнозом до 2025 года Кулаков Г.Т., Кравченко В.В., Бондарь-Подгурская О.В. Белорусский национальный технический университет ВУЗ Укоопсоюза «Полтавский университет экономики и торговли» Октябрьская революция 1917 г. отбросила экономику России на 25 лет. При этом основным показателем эффективности экономики является вало- вый внутренний продукт (ВВП). Если суммарный ВВП образовавшихся по- сле развала СССР стран СНГ принять за 100 %, то экономика последних в 1998 г. оказалась равной 1977 г., т.е. была отброшена на 21 год и составила в среднем 61,8 % от уровня 1990 г. После 1998 г. начался подъем ВВП, кото- рый через 8 лет в 2006 г. достиг уровня 1990 г. (в Республике Беларусь в 2008 г.) во всех странах СНГ кроме Украины. Таким образом, большинству стран СНГ удалось восстановить ВВП до уровня 1990 г. за 16 лет. Однако в 2008 г. наступил дефолт в России, который совместно с мировым финансо- вым и экономическим кризисом привел к тому, что ВВП Республики Бела- русь в 2015 г. в сопоставимых ценах достиг уровня 2008 г. В Институте экономики НАН Беларуси была разработана методология прогнозирования социально-экономического развития государства с уче- том последствий мирового финансового кризиса, позволяющая оценить уровень ВВП Республики Беларусь и Украины с учетом последствий про- должающегося мирового кризиса, а также санкций против России, которые оказывают влияние на экономику Беларуси. Развал СССР позволил определить динамику ВВП стран СНГ при скачкообразном уменьшении регулирующего воздействия (инвестиций). Это позволило на этапе стабилизации прогнозировать уровень ВВП на текущий год с точностью Минстата Республики Беларусь, но на год рань- ше, а также проводить стратегическое прогнозирование. В результате к 2020 г. номинальный ВВП Беларуси может находиться в пределах 75-110 млрд долл. США, а к 2025 г. – 132-165 млрд долл. США при базо- вой величине 2008 г. – 60 млрд долл. США. В 2014 г. Украина вступила в активную фазу политического, финансо- вого и экономического кризиса, длительное пребывание в котором приве- дет к революционной ситуации, т.к. жизненно-важные интересы большин- ства населения не удовлетворены. В связи с этим достичь современного уровня Германии Украина сможет через 25 лет – к 2040 г. и то при отсут- ствии различных войн, катаклизмов и других форс-мажорных обстоятельств. 98 УДК 681.51.01 Методика расчёта динамической настройки оптимальных регуляторов с учётом максимальной величины регулирующего воздействия Кулаков Г.Т., Кулаков А.Т., Кравченко В.В., Артёменко К.И. Белорусский национальный технический университет Регулирование многих параметров технологических процессов ТЭС требует учёта ограничения максимальной величины регулирующего воз- действия при отработке задающего воздействия. Так, например, при отра- ботке скачка задания по электрической мощности энергоблока требуется учесть относительную максимальную величину регулирующего воздейст- вия по расходу топлива и перемещению регулирующих клапанов турбины. Для объектов регулирования с запаздыванием динамика описывается передаточной функцией инерционного звена второго порядка с условным запаздыванием. Передаточная функция оптимального регулятора для та- ких объектов при отработке скачка задания представляет собой произве- дение передаточной функции фильтра на отношение единичного усилите- ля к разности единицы и заданной передаточной функции замкнутой сис- темы по задающему воздействию. Передаточная функция фильтра при этом равна отношению той части заданной передаточной функции замкну- той системы, которая не содержит запаздывания, к той части передаточной функции объекта регулирования, которая тоже не содержит запаздывания. Показано, что передаточная функция замкнутой одноконтурной систе- мы автоматического регулирования по регулирующему воздействию при скачкообразном изменении задания равна передаточной функции фильтра оптимального регулятора, имеющего один параметр динамической на- стройки ТЗД. Численное значение ТЗД обычно определяют из ряда чисел правила золотого сечения γ с учётом допустимого максимального относи- тельного значения регулирующего воздействия Р,МХ методом последова- тельного уменьшения γ, приняв за целое величину условного запаздывания по каналу регулирующего воздействия. Предложен способ расчёта оптимального значения ТЗД с учётом мак- симальной допустимой величины Р,МХ только по численным значениям коэффициентов передаточной функции фильтра, в котором пренебрегают всеми производными, кроме первой. Проведённый численный эксперимент подтвердил эффективность предложенного метода расчёта для регуляторов с учётом максимальной величины регулирующего воздействия при отработке скачка задания. 99 УДК 621.316.728 К вопросу модернизации систем автоматического управления мощностью энергоблоков Кулаков Г.Т., Кулаков А.Т., Кравченко В.В., Артёменко К.И. Белорусский национальный технический университет Требования к качеству регулирования мощности были сформулирова- ны ЦДУ ЕЭС в разработанном стандарте. При аварийном изменении час- тоты полная величина изменения мощности должна быть достигнута за 2 минуты, а 50 % величины изменения мощности – за 10 секунд. Южным отделением «Южтехэнерго», БЭРН и БПИ во главе с к.т.н., доцентом Кулаковым Г.Т. внедрена САУМ станции на 8 энергоблоках Лу- комльской ГРЭС. Первая модификация отрабатывает полную величину изменения мощности менее чем за 2 минуты, но 50 % задания изменения мощности – за 30 секунд. Вторая модификация отрабатывает 50 % величи- ны изменения мощности за 10 секунд, но полная величина изменения мощности достигается за 9 минут. Учёными Московского энергетического института предложена система автоматического управления мощностью энергоблока 300 МВт, аналогич- ного тем, которые работают на Лукомльской ГРЭС. САУМБ отрабатывает задание на 100 % только за 160 секунд, а 50 % – за 90 секунд. Коллективом ученых во главе с д.т.н. Давыдовым Н.И. из Всероссий- ского теплоэнергетического института проведены испытания энергоблока мощностью 300 МВт № 6 Каширской ГРЭС с газомазутным прямоточным котлом ТГМП-314А и паровой турбиной К-300-240-2. Данная САУ отра- батывает 50 % величины изменения мощности за 10 секунд, но полная требуемая величина изменения мощности достигается за 160 секунд. Выводы: 1. Известные САУМБ не могут обеспечить современные требования стандартов к качеству регулирования частоты и мощности без существен- ного увеличения максимальных относительных величин регулирующих воздействий клапанами турбины и задающих воздействий котельным ре- гулятором нагрузки. 2. Последнее приводит к ухудшению показателей экономичности, на- дёжности, долговечности и экологичности работы энергоблоков, а также подтверждает целесообразность использования методов структурно- параметрической оптимизации САУМБ в различных режимах. 3. Обоснована необходимость модернизации существующих САУМБ для полного удовлетворения современным стандартам, особенно в режи- мах переменного давления пара перед турбиной. 100 УДК 621.18.52 Теплоснабжение городов-спутников Маяков С.В., Назаров В.И. Белорусский национальный технический университет Во исполнение Указа Президента Республики Беларусь от 7 мая 2014 г. №214 предусматривается развитие опорных центров расселения столичной агломерации – городов-спутников Дзержинск, Заславль, Логойск, Руденск, Смолевичи, Фаниполь. Города-спутники являются городами с интенсив- ным ростом населения, а значит и масштабным строительством жилых, коммунальных, промышленных и прочих объектов. В связи с этим необ- ходимо решить ряд технических задач. В том числе проблему энергоснаб- жения данных сооружений. В 2018 году планируется запуск первого блока Белорусской АЭС в г. Островец. К 2020 году будет запущен и второй блок. Суммарная мощность составит 2,4 МВт. Благодаря запуску такого крупного энергетического объекта, недостатка в электроэнергии не будет. Основная задача – это обеспечение потребителя теплом. Необходимо проанализировать факторы проектирования. Такие как число населения, климатические условия, ве- личина тепловых нагрузок, их колебания. Сделать вывод и написать тех- нические условия. Исходя из этих данных, можно подбирать готовые тех- нические решения, либо искать новые. Готовыми техническими решения- ми, способными решить данную задачу могут быть: мини-ТЭЦ; кварталь- ные котельные; тепловые насосы; гибридные источники (котельные + теп- ловые насосы); крышные котельные; квартирные теплогенераторы; сол- нечные панели. Применение тепловых насосов обусловлено их известной энергетиче- ской и экологической эффективностью, а также экономическими преиму- ществами при ожидаемом снижении тарифов на электрическую энергию. Также стоит уделить внимание внедрению и энергосберегающих техноло- гий. Таких как устройство энергоэффективных домовых (совмещенных с тепловыми узлами зданий, в составе пристроенных или крышных котель- ных) и групповых (отдельно стоящих) источников теплоснабжения на ос- нове тепловых насосов, с использованием местных возобновляемых и вто- ричных источников теплоты. Для выбора лучшего и наиболее эффективного источника теплоснаб- жения необходимо сделать следующие шаги: посчитать стоимость проек- тов, сроки окупаемости, расходы на эксплуатацию. 101 УДК 621.3 Использование двигателя Стирлинга для повышения эффективности работы Назаров В.И., Павловская А.А., Пантелей Н.В. Белорусский национальный технический университет Вопросы повышения эффективности котлоагрегатовсвязаны в первую очередь с вопросами использованияпотерь энергии с уходящими дымовыми газами. Одним из способов уменьшения данных потерь является установка двигателя Стирлинга. Регенератор двигателя Стирлинга в данной установке располагается перед экономайзером и таким образом обеспечивается темпера- тура нагревателя около 500-300 ˚С. Температураохлажденияможет быть при- нята равной температуре питательной воды, т.е. 200-250 ˚С. Если принять еще, что рабочее давление будет составлять 20 ата, рабочий объем – 520 см3, а в качестве рабочего тела будет использоваться воздух, то можно полезную работу, совершаемую данным двигателем составит 121,5 Дж. А мощность, вырабатываемая установкой с частотой вращения 600 об/мин – 1215 Вт. В двигателе Стирлинга реализован цикл Стирлинга, однако возможно по- лучить цикл отличный от данного: Эрикссона, Ренкина, Шмидта, некоторые смешанные циклы.Термический КПД цикла Стирлинга в данной установке составит 21,6%. Таким образом при применении двигателя можно получить дополни- тельно вырабатываемуюэлектроэнер- гию в размере около 1 кВт.Данные показатели можно улучшить путем замены рабочего тела на азот или во- дород, увеличения рабочего давления и количества цилиндров. На рисунке представлен гра- фик зависимости вырабатываемой мощности от рабочего давления и количества цилиндров. Существуют промышленно- выпускаемые двигатели Стирлин- га со схожими параметрами, которые позволяют получать коэффициент по- лезного действия на валу генераторадо 22 %. Однако производство данных установок, которые могли бы составить конкуренцию, в Беларуси и России практически отсутствует. Рисунок – Зависимость мощности двигателя Стирлинга от рабочего давления и количества цилиндров 1 – один цилиндр; 2– два цилиндра; 3 – три цилиндра 102 УДК 621.311.25 Исследование параметров работы системы компенсациидавления при переходных режимах эксплуатации реакторов типа ВВЭР Лешок В.И., Чиж В.А. Белорусский национальный технический университет Система компенсации давления I контура является неотъемлемой ча- стью системы I контура и обеспечивает работу и безопасность реакторной установки. Она выполняет следующие задачи нормальной эксплуатации: компен- сация объема теплоносителя при температурных расширениях I контура; плавная компенсация небольших возмущений давления I контура; созда- ние давления в I контуре в период пуска реакторной установки; снижение давления в I контуре при расхолаживании реакторной установки; компен- сация возмущений давления I контура в переходных процессах реактора; сбор и конденсация протечек через импульсно-предохранительные уст- ройства компенсатора давления в режиме нормальной эксплуатации; при- ем и конденсация пара, сбрасываемого при срабатывании импульсно- предохранительных устройств компенсатора давления. Условно систему можно разбить на 4 подсистемы: подсистема компен- сатора давления со встроенными устройствами, которая предназначена для поддержания давления в первом контуре и компенсации объема теплоно- сителя при изменении его средней температуры; подсистема импульсно- предохранительных устройств, которая предназначена для исключения повышения давления в первом контуре выше уставок; подсистема впрыска в компенсатор, которая предназначена для впрыска теплоносителя от “хо- лодной” нитки петли или от системы продувки-подпитки; подсистема ло- кализации сброса из компенсатора давления, которая включает в себя бар- ботажный бак, который обеспечивает конденсацию протечек насыщенного пара из предохранительных клапанов компенсатора и насыщенного пара, сбрасываемого из компенсатора давления через эти клапаны при их под- рыве, и его обвязку. Для изменения уровня в компенсаторе используются регуляторы уров- ня – штатный и пусковой. Штатный регулятор используется при работе реакторной установки на мощности. Чем выше средняя температура I кон- тура и мощность реакторной установки, тем выше уровень теплоносителя в компенсаторе давления. 103 УДК 621.18 Об организации топочного процесса в кипящем слое Тарасевич Л.А., Лихута А.В. Белорусский национальный технический университет Сжигание в кипящем слое — одна из технологий сжигания твёрдых то- плив в энергетических котлах, при которой в топке создаётся кипящий слой из частиц топлива и негорючих материалов. Для достижения макси- мальной полноты выгорания органической массы из частиц высокозоль- ных топлив, сформулируем основные принципы организации топочного процесса. 1. Организация режима горения топлива при стабильной максималь- но возможной температуре слоя. При этом температура слоя должна быть ниже температуры размягчения золы с тем, чтобы исключить деформацию и снизить пористость нарастающей зольной оболочки частицы. 2. Обеспечение максимальной концентрации окислителя в потоке га- за, омывающего частицу. Это реализуется при сжигании топлива в КС озоленных частиц и известняка при интенсивной циркуляции. 3. Использование расширяющейся вверх камеры сгорания с верхней выгрузкой из КС избытка озоленных частиц, поднимающихся вертикально вверх в слое и камере сгорания по мере уменьшения их плотности. Про- блемы при реализации систем сжигания в КС и циркулирующем кипящем слое вызывает переработка топлива, содержащего пиритные включения и частицы породы, что может приводить к остановке процесса, шлакованию и т.п. В связи с этим топка должна быть оснащена центральным разгру- зочным узлом. 4. Обеспечение времени пребывания наиболее крупных частиц в КС по длительности большему или равному времени полного выгорания из них горючих веществ. Это условие легко реализуемо подбором оптималь- ного количества инертного материала. 5. Снижение уноса пыли и потерь тепла с механическим недожогом. Для этого необходимо использовать крупнодробленое топливо с предвари- тельным изъятием из его состава мелочи (класс 0..1 или 0..3). Сформулированные положения, направленные на достижение макси- мальной полноты выгорания топлива, не противоречат требованиям по обеспечению экологической безопасности и в совокупности с ними опре- деляют принципы, по которым создавались высокоэффективная техноло- гия получения тепловой энергии при сжигании высокозольных топлив. 104 УДК 621.18 Особенности горения высокозольного топлива Тарасевич Л.А., Лихута А.В. Белорусский национальный технический университет Котлы с кипящим слоем (псевдоожиженным), позволяют равномерно сжигать топливо по всему объёму, иметь более низкую температуру сго- рания и меньший выброс вредных продуктов сгорания. К особенностям горения высокозольного топлива в КС можно отнести: вещественный состав сжигаемого топлива, температурные условия, воз- можность непрерывной выгрузки золы. Эти факторы необходимо учиты- вать при разработке технологического процесса, конструкции топочного устройства и режима эксплуатации. Расчетное исследование уравнения теплового баланса тепла для газов в камере сгорания позволяет определить возможные области тепловых ре- жимов устойчивой бесшлаковой работы при горении топлив в кипящем слое (КС), также расчетами установлено, что камера сгорания с КС имеет две предельные области – режим автотермической газификации угля (по- вышенная концентрация горючих веществ в слое) и режим сжигания угля при повышенных избытках воздуха (пониженная концентрация горючих веществ в КС). Тепловой режим устойчивой работы КС при различных температурах может обеспечить впрыск воды. Это предотвратит шлакование слоя и при- ведет к перераспределению энергии между КС и надслоевым пространст- вом без увеличения потерь тепла с механическим недожогом. Гарантия высокой полноты сгорания высокозольного топлива при тем- пературах (850..950 °С) обеспечивается увеличением времени пребывания частиц в реакционной зоне, а снижение температуры КС приводит к по- вышению оксида углерода. Частица высокозольного топлива в начале процесса горит с образова- нием на ее поверхности инертной зольной оболочки. При температурных слоях, больше температуры начала деформации золы, зольная оболочка равномерно оплавляется, что в итоге приводит к прекращению дальнейше- го горения. Поэтому необходимыми условиями для стабилизации процессов горе- ния являются: 1) поддержание температур горящих частиц, исключающих плавление золы; 2) своевременная и непрерывная выгрузка из реакцион- ной камеры тяжелых частиц пиритных включений (серного колчедана); 3) непрерывная выгрузка из КС избытков частиц пород и частиц золы. 105 УДК 621.18 Перспективные технологии переработки твердых топлив Тарасевич Л.А., Лихута А.В. Белорусский национальный технический университет Каменные и бурые угли занимают основное место в мировых запасах топливных ресурсов и используются в основном в качестве энергетическо- го топлива. Однако есть предпосылки применения малозольного угля для получения химических продуктов и материалов. Основными химическими компонентами углей являются битумы, гу- миновые кислоты и нерастворимые остаточные угли и гумины. Восковая часть битумов широко используется в различных областях народного хо- зяйства, а гуминовые кислоты обладают склонностью к конденсациям и окислительно-гидролитическому расщеплению. В последние десятилетия есть технологические схемы и процессы, по- зволяющие на основе углей производить продукцию различного назначе- ния: буроугольного воска, угольного порошка, сажи из углей, углеграфи- товых - углеродных материалов из углей. Химические свойства углей позволяют в окислительных процессах по- лучать из них технологические газы, водород, а в восстановительных – жидкое топливо, смазочные масла. Существуют два способа получения синтетического жидкого топлива из угля: деструктивная гидрогенизация и каталитический синтез. Сущность гидрогенизации заключается в разрыве молекулы исходного продукта по связи между атомами углерода под действием температуры с использованием катализаторов. Образовавшиеся при разрыве молекулы свободные связи насыщаются водородом. При этом процессе решаются сразу две задачи: перевод в жидкость исходного топлива и насыщение его водородом. Эффективность процесса определяется активностью приме- няемого катализатора (триоксид молибдена, соединения никеля и т.д.). Метод гидрогенизации позволяет превращать твердое топливо в высо- кокачественное моторное горючее (бензин, дизельное,реактивное и мало- сернистое котельное топливо) и сырье для органического синтеза, в том числе моно- и полициклические углеводороды, фенолы. Стоимость гидрогенизационного бензина в значительной степени зави- сит от стоимости производства водорода, суммарный расход которого на процесс составляет 8-10 %. 106 УДК 621.316 Расширение области применения турбодетандерных установок Сумич А.А. РУП «Гродноэнерго» Ежедневно во всем мире огромное количество природного газа транс- портируется по трубопроводам от источников до потребителей с помощью компрессоров большой мощности. Так как газ, обычно, транспортируется при давлении, во много раз превышающем требуемое конечному потреби- телю, между трубопроводами транспорта газа и сетью его распределения установлены так называемые газораспределительные станции, состоящие из дроссельных клапанов и подогревателей газа. Аналогичные устройства, называемые газорегуляторными пунктами (ГРП), обычно, устанавливают- ся между сетью распределения газа и его конечными пользователями. На ГРС и крупных ГРП возможно путем замены дроссельных клапанов турбодетандером, что позволяет генерировать электричество или произве- сти другую полезную работу. Однако газ должен быть подогрет для пре- дотвращения выпадения из него газгидратов в проточной части турбины, приводящего к снижению ее надежности. Температура газа за турбиной должна составлять не менее +50С. В то же время, необходимо, чтобы она не превышала допустимую температуру, гарантирующую надежную рабо- ту теплоизоляционного и антикоррозийного покрытий газопровода (не более + 40 0С). Подогрев газа повышает его внутреннюю энергию и, тем самым, мощность турбодетандера. Повышается также КПД турбодетанде- ра. Подогрев газа от 0 0С до +80 0С повышает мощность турбодетандера на 30 - 35 %. Однако, такие требования являются одним из основных факто- ров, сдерживающих широкое внедрение турбодетандеров. Автором предложена схема многоступенчатой турбодетандерной уста- новки, которая может найти широкое применение на ГРС и ГРП, на кото- рых имеется доступ к низкопотенциальному теплу. При повышении каче- ства очистки природного газа, эффективность рассмотренной схемы по- вышается за счет снижения минимально допустимой температуры газа на выходе из турбодетандера. Так, снижение допустимой температуры до 00С увеличивает полезную мощность установки до 0,97 МВт [1, 2]. Литература 1. Материалы 65–й научно – технической конференции студентов и ас- пирантов БНТУ, Минск 2013. 2. В.А.Загорученко, А.М.Журавлев «Теплофизические свойства газооб- разного и жидкого метана», Москва 1969. 107 УДК 621.165 Энергетические котлы большой мощности для сжигания нескольких видов твердого топлива Седнин А.В., Ващилов А.С. Белорусский национальный технический университет Применение твердых видов топлива на электростанциях большой мощ- ности является довольно распространенной практикой в мировой энерге- тике. В последние время все чаще находит применение комбинированное сжигание угля с биомассой в энергетических котлах большой мощности. Использование биомассы уменьшает как выбросы оксидов серы и азота, так и эмиссию парниковых газов (СО2, СН4). Дооснащение существующих пылеугольных котлов для возможности дополнительного сжигания био- массы является наименее капиталоемким решением по сравнению с вво- дом новых мощностей (в среднем 200..250 евро/кВт против 3000..5000 ев- ро/кВт). Несмотря на очевидные достоинства такой комбинации совместного сжигания нескольких видов твердого топлива, доля использования био- массы все же ограничена (5..15 %) ввиду специфичности ее свойств, осо- бенно шлакующих. Анализ опыта эксплуатации котлов подобного типа, позволил выделить следующие особенности их технологического испол- нения. Комбинированное сжигание биомассы и твердого топлива возмож- но как в пылеугольных топках при различных комбинациях компоновки систем пылеприготовления, так и при раздельной подаче в котел биомас- сы и угля (сжигание в топках по ЦКС-технологии; сжигание в топках по НТВ-технологии совместное сжигание угля и генераторного газа). Как показали исследования, перевод пылеугольных котлов на совмест- ное сжигание угля и биомассы при их раздельной подаче в котел и подго- товленных раздельно в индивидуальных системах топливоподготовки является достаточно капиталоемким (170..200 евро/кВт), однако самым надежным и экономичным способом, т.к. позволяет добиться оптимально- го зернового помола по условиям максимального выгорания, а также обес- печивает маневренность котла в случае поступления некондиционной биомассы. Увеличение начальных параметров, а также использование в таких котлах высококачественных углей, позволяет судить о целесообраз- ности их установки на различных типах энергоблоков с установленной мощностью более 200 МВт. Установка же котлов с ЦКС-технологией наи- более эффективна при сжигании низкокачественных углей и торфа совме- стно с биомассой в любом процентном соотношении на энергоблоках в диапазоне мощностей 45..240 МВт. 108 УДК 697.34 Особенности применения электрокотлов в системах теплоснабжения Седнин А.В., Зеленин Д.С. Белорусский национальный технический университет Основным мотивом строительства Белорусской АЭС является сниже- ние доли природного газа используемого для производства электрической и тепловой энергии. При этом годовой объем экономии природного газа оценивается около 5∙109 м3/год. Однако ввод в эксплуатацию Белорусской АЭС потребует пересмотра режимов работы действующих генерирующих источников белорусской энергосистемы. Основные проблемы, как извест- но, возникнут прежде всего в соблюдении суточного графика электриче- ских нагрузок и обеспечении горячего резерва блоков АЭС. Одним из технических решений направленных на решение вышена- званной проблемы является широкое применение электрокотлов на дейст- вующих источниках теплоснабжения. В соответствии комплексным пла- ном развития электроэнергетической сферы до 2025 года с учетом ввода Белорусской атомной электростанции предполагается, что в период до 2020 года будет установлено порядка 1200 МВт мощностей электрических котлов. Большая часть из них будет установлена на объектах Белэнерго (на действующих КЭС и ТЭЦ), для увеличения регулировочного диапазона ТЭЦ и отпуска тепловой энергии от КЭС (для теплоснабжения населенных пунктов). Для определения оптимальных структурных решений по установке электрокотлов был проанализирован советский и современный зарубеж- ный опыт (Дания, Норвегия и Япония) использования электрокотлов. Как уже говорилось, в Белорусской энергосистеме предполагается применение технических решений разработанных в Советское время, в соответствие с которыми электрокотлы устанавливаются на действующих ТЭЦ и вклю- чаются в работу в ночной период, используя электроэнергию вырабаты- ваемую на самой станции за счет сжигания органического топлива. Пи- лотный проект будет реализован в 2016 году на Гомельской ТЭЦ-2. Что касается зарубежного опыта, то использование электрокотлов в ос- новном происходит в странах с относительно дешевой электроэнергией, а также в случае большого процента электроэнергии генерируемой на ветро- электростанциях, ГЭС и солнечных батареях. Электрокотлы устанавлива- ются как у конечного потребителя, так и на источниках теплоснабжения. В последнем случае включение их в работу происходит в ночные периоды, когда тарифы на электроэнергию минимальны. 109 УДК 330 (476) Научно-методическое обеспечение структурных изменений теплоэнергетических систем текстильных предприятий при их модернизации Муслина Д.Б., Бубырь Т.В., Григорьев В.Г. Белорусский национальный технический университет Научно-методическое обеспечение реструктуризации теплоэнергетиче- ских систем текстильных предприятий при их модернизации включает разработку системы средств, рекомендаций и технических решений на основе иерархического построения составляющих подсистем для повыше- ния эффективности использования энергоресурсов предприятиями за счет рекуперации энергии побочных потоков внутри теплотехнологии и совер- шенствования энергообеспечения предприятия. Основные положения ме- тодики: теплотехнологическое и теплоэнергетическое оборудование, вхо- дящее в теплоэнергетическую систему предприятия, разбивается на иерар- хические уровни по отношению их к основному технологическому про- цессу. Высший приоритет имеет внешняя инфраструктура региона и системы связи ее с потребителями энергопотоков, поступающих из вне. На сле- дующем по значимости уровне находится непосредственно теплотехноло- гия, выбранная с учетом ограничений предыдущего уровня. Здесь, в части энергопотребления, пересматривается обоснованность применения ис- пользуемых теплоносителей и возможность их замены, переход к много- ступенчатой тепловой подготовке, рекуперации и утилизации побочных тепловых потоков. На следующем более низком третьем иерархическом уровне находятся мероприятия, способствующие решению задач преды- дущего более высокого приоритета: абсорбционные тепловые насосы для утилизации низкотемпературных тепловых потоков, абсорбционные бро- мисто-литиевые холодильные машин для технологического кондициони- рования, аккумулирование энергии. На четвёртом по значимости уровне иерархии решаются задачи по совершенствованию энергообеспечения пу- тем перехода к энерготехнологической когенерации и тригенерации с уче- том ограничений энергосистемы. Самым низким приоритетом (пятый уровень) обладают теплогенери- рующие источники прямого сжигания топлива, мощность которых выби- рается по остаточному принципу, как пиково-аварийных. кроме того, на этом же уровне решаются задачи по сопряжению графиков генерации теп- лоты с крайне неравномерными графиками потребления при том, что ге- нерация идет по графику электропотребления. 110 По расходному балансу определяются дефицит теплоты и рассчитыва- ется тепловая мощность когенерационного комплекса, работающего по графику, исключающему выдачу электроэнергии в энергосистему. Кроме того, подбирается типоразмер двигателей внутреннего сгорания и разрабатывается тепловая схема по критерию максимальной эффектив- ности. УДК 697.2 Разработка системы теплоснабжения мобильного объекта Иокова И.Л., Мостыко Ю.В. Белорусский национальный технический университет В связи с ростом в мире количества техногенных и природных катаст- роф, военных конфликтов в качестве примера мобильного объекта для выполнения научных исследований был выбран мобильный полевой гос- питаль.В качестве источника теплоснабжения был выбран вихревой кави- тационный теплогенератор, обладающий исключительными свойствами: компактность и простота устройства, взрыво- и пожаробезопасность, воз- можность работы с различными теплоносителями и отсутствие химводо- подготовки, а также автономность и эффективность работы. Для нужд те- плоснабжения мобильных объектов вихревые теплогенераторы ранее не использовались. Для снижения массы системы теплоснабжения полевого госпиталя предложена новая конструкция гибких отопительных приборов, изготовленных из пластичного материала с низкой плотностью – поливи- нилхлорида (ПВХ). Продукция из поливинилхлорида отличается высокой гибкостью и прочностью. Он также устойчив к воде и химическим реакци- ям. Кроме того, поливинилхлорид – один из самых дешевых материалов. Использование ПВХ также открывает возможность иметь в грузовом отсе- ке транспортного средства несколько комплектов уже подготовленных к эксплуатации систем теплоснабжения. Для увеличения теплоотдачи от поверхности отопительного прибора и уменьшения затрат со стороны источника энергии был предложен способ интенсификации теплообмена – с помощью нанесения на поверхность отопительного прибора искусственной шероховатости. С применением теории вероятности получено новое критериальное уравнение, позволяющее производить необходимые расчеты для оценки теплоотдачи от поверхности гибкого отопительного прибора, учитывая особенности его положения, а также наличие мер по интенсификации теп- лообмена. Разработанная новая система отопления обеспечивает эффективную 111 работу при невысоких затратах электроэнергии, что важно при эксплуата- ции госпиталя в труднодоступных местах, где могут быть проблемы со своевременной доставкой топлива. Также предложенная система характе- ризуется гибкостью и простотой подключения, малыми габаритными раз- мерами и массой, что имеет большое значение при транспортировке. УДК 621.311.22 Диверсификация вариантов регулирования мощности генерации Белорусской энергосистемы Романюк В.Н., Бобич А.А., Бойко Е.Г. Белорусский национальный технический университет С вводом в строй двух блоков Белорусской АЭС возникает проблема с регулированием графиков нагрузки энергосистемы, поскольку из генера- ции вытесняются традиционные регуляторы мощности – паротурбинные КЭС и решение комплекса задач, сопутствующих проблеме, невозможно без участия ТЭЦ. Также в отопительный период в энергосистеме Беларуси прогнозируются неизбежные избытки генерации по отношению к потреб- лению электроэнергии. Для ликвидации ожидаемого дисбаланса преду- сматривается использование взаимосвязанных комплексов в составе «электрокотел−тепловой аккумулятор», обеспечивающих увеличение электрической нагрузки энергосистемы. Указанные комплексы необходи- мы в условиях, которые будут иметь место в энергосистеме страны, по- скольку они в состоянии обеспечить необходимую динамику процесса регулирования. Однако, такое искусственное увеличение электрической нагрузки не решает всех задач по обеспечению надежности потребителей, снижению удельного расхода топлива на ТЭЦ и проблем связанных с не- обходимостью разгрузки отборов паровых турбин до технического мини- мума. В этой связи очевидна необходимость придания не свойственных ТЭЦ способностей: резервировать и изменять генерацию электроэнергии при сохранении отпуска тепловой энергии без перерасхода природного газа и без потери моторесурса основного оборудования; значительно (снижать) удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении. Для решения поставленной задачи необходимо: – применять тепловые аккумуляторы для регулирования мощности; – утилизировать низкотемпературные потоки теплоты в абсорбцион- ных тепловых насосах; – использовать сбросные схемы ГТУ на ТЭЦ. Одновременно с указанными мероприятиями необходима проработка экономических шагов с принятием соответствующих нормативных актов 112 для стимулирования населения и предприятий к потреблению электро- энергии в ночные часы, а также собственников распределенных когенера- ционных источников (блок-станций) на промышленных предприятиях к прекращению генерации в часы провалов нагрузок путем продажи им электроэнергии, замещающей собственное производство, например, по тарифу не превышающему себестоимость ее генерации на предприятии. Годовой снижение потребности в природном газе до 0,6 млн т у. т. УДК 652 Опыт использования газотурбинных установок на биомассе с внешним подводом теплоты Седнин В.А. Мясникович В. В., Шкловчик Д.И. Белорусский национальный технический университет Одна из первых установок ГТВПТ на биомассе была Talbott’s BG100 (Великобритания) с микротурбиной Bowman Power Systems (Великобри- тания). Начиная в 2002 году с прототипа мощностью 30 кВт и КПДe 10 %, в 2006 году была готова коммерчески доступная установка мощностью 90 кВт и КПДe 20 % [1-3]. Большой вклад в изучение ГТВПТ на биомассе внес Свободный Брюс- сельский университет (Бельгия). Первоначальные исследования велись на базе газовой турбины Volvo VT600, с 2003 года - на базе микротурбины Turbec T100 (Швеция). В итоге был получен опытный образец мощностью 100 кВт и КПДe 15 %. Также были исследованы режимы с впрыском пара в воздушный тракт ГТВПТ, а также с сов-местным сжиганием биомассы и газа, за счет чего при той же мощности удалось добиться КПДe 20-22 % [1-3]. Компания Hans Huber AG и центр развития ATZ (Германия) исследова- ли теплотехнологическую установку по утилизации шлама сточных вод, также на базе микротурбины Turbec T100 [2]. А компания Ansaldo Ricerche совместно с университетом Генуи (Италия) исследовали установку на базе микротурбины Elliot TA-80R (США), мощностью 80 кВт [1]. Исследования по применению ГТВПТ на биомассе проводились и другими компаниями: Max Bögl and Dresser-Rand, Ökozentrum langenbruck, ZAE Bayern (Герма- ния) [2]. Литература 1. Al-attab K.A. Externally fired gas turbine technology: A review / K.A. Al- attab, Z.A. Zainal // Applied Energy. – Vol. 138. – 2015. – P. 474-487. 2. Gallmetzer, G. Konzepte zur Realisierung indirect mit Biomasse befeuerter Heiβluftturbinen, ZAE – Sympozium 11-12 december 2006, 113 “Biomasse Polygeneration - die Zukunft” [Электронный ресурс]. Режим дос- тупа: http://www.zae-bayern.de/files/westermark_zae-symposium06.pdf. 3. Tristan Vincent, Linking a Fluidized Bed Combustion Reactor with an Externally Fired Micro Gas Turbine : dis. PhD: urn:nbn:de:gbv:28-diss2009- 0091-4 / Tristan Vincent. – Rostock, 2008. – 156 pp. УДК 621.18 Анализ конструкций электрокотлов Кузьмич К.А., Прокопеня И.Н. Белорусский национальный технический университет Электрокотёл – устройство, преобразующее электрическую энергию в тепловую. Чаще всего используется для нужд отопления либо горячего водоснабжения. Основными преимуществами данных котлов является вы- сокий КПД (не менее 97%), простота обслуживания, отсутствие топливно- го хозяйства (по сравнению с газовыми и мазутными котлоагрегатами), экологичность, безопасность. Основные виды конструкции электрокотлов: – ТЭНовые – электродные – индукционные В электрокотлах первого типа нагрев теплоносителя осуществляется ТЭНом – термоэлектрическим нагревателем. Принцип действия такого котла достаточно прост: ТЭН нагревает воду (масло), которая в свою оче- редь передает тепло в помещение. Наиболее существенным недостатком такой конструкции является образование накипи на элементах, что повы- шает термическое сопротивление, из-за чего интенсивность теплообмена между нагревателем и теплоносителем снижается. В электродных котлах нагревательным элементом является электрод. В качестве теплообменника в нем представлен электрод, который передает электроэнергию теплоносителю. Под действием тока вода расщепляется на ионы, которые проходят к электродам соответствующей полярности. Во время этого процесса происходит быстрый нагрев теплоносителя. При этом происходит постепенное растворение электрода, что является основ- ным недостатком данной конструкции котла. Индукционные котлы отапливают помещение за счет катушки индук- тивности, нагревающей теплоноситель. При этом для котлов данной кон- струкции нет необходимости в специальной водоподготовке, так же они способны работать длительное время без изменения характеристик. Мину- сами данной установки считаются большие размеры котла и высокая цена. 114 УДК 628.3.033 Использование теплообменников на основе тепловых труб для утилизации теплоты бытовых стоков Прокопеня И.Н., Власюк Д.И., Седнин А.А. Белорусский национальный технический университет Теплообменное оборудование на основе тепловых труб (ТТ) давно и прочно закрепилось в различных областях промышленности и энергетики. ТТ используются в гелиоколлекторах, в хлебопекарных и кондитерских печах, в системах рекуперации воздуха, в системах отопления почвы в те- плицах за счет теплоты земли, в сушильных установках и системах утили- зации низкопотенциальных потоков тепла различных технологических процессов. Одним из перспективных направлений использования тепло- обменников на ТТ является утилизация теплоты канализационных стоков для подогрева водопроводной воды, идущей на нужды ГВС. В данной работе рассматривается возможность использования тепло- обменников на основе ТТ для передачи теплоты от канализационных сто- ков к водопроводной воде. Расход теплоты на нужды горячего водоснабжения в жилых домах со- ставляет примерно 25% от общего потребления энергии в них. Канализа- ционные стоки жилых домов имеют температуру около 25℃, а температу- ра водопроводной воды около 12℃. Применение теплообменников на ТТ позволяет утилизировать излишки тепловой энергии стоков, и при этом сократить общее теплопотребление в доме. Преимущества данного метода: 1. Утилизация теплоты канализационных стоков и экономия теплоты на нагрев горячей воды для нужд ГВС. 2. При использовании теплообменника на основе ТТ между греющей и нагреваемой средой есть видимый разрыв, что обеспечивает надежную защиту от смешивания 2 потоков. 3. Теплообменник на основе ТТ имеет малое гидравлическое сопротив- ление. 4. Теплообменникам на основе ТТ присуща низкая чувствительность к загрязнению поверхности теплообмена. Но, не смотря на все плюсы рассматриваемой технологии, у предлагае- мой схемы есть и свои недостатки: 1. Высокие капитальные затраты на закупку ТТ для теплообменника 2. Необходимость изменения схемы циркуляции обеих сред. 115 УДК 621.1 Термо- и газодинамические основы процессов сжигания мультидисперсного твердого топлива Ярмольчик Ю. П. Белорусский национальный технический университет Целью исследования является повышение энергоэффективности и безопасности сжигания мультидисперсного твердого топлива в энергоге- нерирующих устройствах. Проведен термодинамический анализ процесса сжигания мультидисперсного твердого топлива в топках и камерах сгора- ния при разработке технологических режимов, обеспечивающих стабиль- ное функционирование и эффективную безопасность эксплуатации энер- гогенерирующих устройств. Разработана математическая модель процес- сов распыления и сжигания мультидисперсного топлива, а также газоди- намических потоков в камерах сгорания сложной геометрии, включающая систему дифференциальных уравнений движения газовых потоков, урав- нение энергии и кинетическое уравнение горения. Численными методами определены оптимальные режимные параметры при различной пропор- циональности подачи аксиального и радиального воздуха без снижения мощности горелки, при этом эти же параметры являются определяющими при формировании геометрии: – тонкое короткое пламя (аксиальный воздух - открыт, радиальный - редуцирован); – короткое пламя (аксиальный воздух - открыт, радиальный - открыт); – длинное и мягкое пламя (аксиальный - редуцирован, радиальный - редуцирован); – длинное и жесткое пламя (аксиальный - редуцирован, радиальный - открыт). Проведен численный эксперимент, позволяющий установить опти- мальные параметры стабильного функционирования процессов горения без отрыва пламени с вторичными турбулентными потоками, обеспечи- вающими значительное снижение вредных веществ (NOx, CO, SOx и др.) в дымовых газах. Разработана практическая монограмма, устанавливающая связь между основными параметрами процессов смешения различных фаз топлив и окислителя при изменении их динамических давлений, входящих температур и расходов. В результате определена методика, позволяющая в оперативном режиме проводить пуско-наладочные работы для организа- ции стабильного и чистого горения многофазного топлива в камерах сго- рания сложной геометрии. 116 УДК 621.311.22 Участие ТЭЦ в регулировании электрической мощности энергосистемы Республики Беларусь Бегляк А.В., Бегляк В.В. Белорусский национальный технический университет Минская ТЭЦ-3 Совместное производство тепловой и электрической позволяет полу- чить эффективность использования топлива на электростанции более 80%, в то время как максимальная величина электрического КПД конденсаци- онной электростанции (электростанции простого цикла) около 61%. В Республике Беларусь до настоящего времени ТЭЦ функционировали по тепловому графику и обеспечивали базовую электрическую нагрузку энергосистемы. Покрытие электрических нагрузок от ТЭЦ составляло от 30 до 70% в зависимости от величины электрической нагрузки энергосис- темы и тепловой нагрузки энергоисточника. Причем изменение происхо- дит в зависимости от времени суток (день, ночь) и времени года (отопи- тельный, межотопительный период). Дефицит электрической энергии по- крывался конденсационными электростанциями. После ввода конденсационной атомной электростанции (с электриче- ским КПД менее 40%) функция обеспечения базовой нагрузки перейдет к ней. В то время как ТЭЦ будут вынуждены активно участвовать в регули- ровании электрической нагрузки энергосистемы. Основным рассматриваемым способом регулирования выработки элек- трической энергии на ТЭЦ является передача тепловых нагрузок на элек- трические водогрейные котлы. Это существенно снижает эффективность использования первичного топлива. Предлагаемый способ повышения гибкости ТЭЦ состоит в создании комбинированного энергоисточника состоящего из теплофикационного блока ПГУ, паротурбинного блока с сетевым подогревателем на выходе турбины и бака-аккумулятора. В соответствие с проведенным анализом это позволит регулировать выработку электрической энергии от 40 до 100% в теплофикационном режиме при условии покрытия актуальных те- пловых нагрузок, а также сохранить коэффициент использования первич- ного топлива на уровне 80 %. 117 УДК 534.2 Научные основы организации стабильного потока воздуха с оптимально распределенными частицами дисперсного твердого топлива для факельного сжигания Ярмольчик Ю. П. Белорусский национальный технический университет Задача снижения энергозатрат генерирует интерес к использованию твердого топлива как к дополнительному альтернативному энергоносителю. Однако использование подобных видов топлива сопровождается необ- ходимостью решения сложной задачи организации стабильного горения и минимизации эмиссии вредных веществ в дымовых газах. Целью исследования является организация энергоэффективного, пол- ного и стабильного факельного сжигания мелкодисперсного твердого топ- лива. В работе дается анализ современного состояния белорусской энерге- тики и подчеркивается актуальность проблемы замещения или смешения проектных топлив (прежде всего природного газа) с дисперсными тверды- ми топливами. Обосновывается выбранная методика проведения исследо- ваний, рассмотрены основные тенденции, связанные с замещением про- ектных топлив. Представлен обзор проведенных исследований, связанных с проблемой перехода на непроектное топливо, как на основе эксперимен- тального подхода, так и на основе применения пакетов прикладных про- грамм. При замещении базового топлива требуется изменить конструкцию топки и условия эксплуатации оборудования, применить принципиально новое горелочное устройство, что приводит к значительным материаль- ным затратам, привлечения большого числа специалистов, вывода тепло- генерирующего агрегата из эксплуатации на длительный срок, но при этом гарантировать надежную и эффективную работу агрегата после реконст- рукции невозможно. Проведение вычислительных экспериментов позволя- ет значительно снизить затраты и повысить эффективность разработки по сравнению с экспериментальными исследованиями. Для построения адек- ватной математической модели динамики потоков дымовых газов, процес- сов горения и теплообмена в топках используется метод Эйлера-Лагранжа для описания движения газа и взвешенных в нем частиц. Численными ме- тодами определены режимные параметры при изменении дисперсности и плотности твердого топлива, скорости потока топливовоздушной смеси и вторичного воздуха, подаваемого на горение, а также конфигурация и гео- метрические характеристики оптимального пламени. 118 УДК 534.2 Определение оптимального соотношения топливо-воздух в модуляционном режиме регулирования при факельном горении Ярмольчик М. А., Ярмольчик Д. Ю. Белорусский национальный технический университет Белорусский государственный университет Одноступенчатый способ регулирования количества сжигаемого топ- лива в зависимости от запроса тепла характеризуется тем, что при отказе в запросе тепла на горелку подаётся соответствующий сигнал и подача топ- лива прекращается. При возобновлении запроса – регулирующий клапан полностью открывается и топливо подаётся в смесительное устройство горелки с расходом, обеспечивающим максимальную мощность теплоге- нерирующего агрегата, на котором установлена горелка. Подобный способ регулирования имеет ряд недостатков, главный из которых – частый роз- жиг горелки. В результате, в начальный момент пуска горелочного уст- ройства происходит частичный недожог топлива, перепады температур по объёму камеры сгорания (более всего – по длине) и, как следствие, терми- ческие напряжения. С целью снижения влияния этих факторов применяет- ся двухступенчатое регулирование. В этом случае при отказе в запросе тепла подача топлива не прекращается, а резко снижается (обычно до 30- 50% от максимального значения), и число пусков/остановов значительно уменьшается. Однако, резкое изменение мощности горелки приводит к изменению динамических условий взаимной диффузии потоков топлива и воздуха, подаваемого на горение и, как следствие, к ухудшению качества топливо-воздушной смеси. Дальнейшая оптимизация регулирования при- вела к применению плавного двухступенчатого и ещё более сбалансиро- ванного модуляционного режима регулирования. Последний характеризу- ется наладкой по, как правило, восьми крайним и промежуточным точкам в диапазоне требуемой мощности, начиная от наименьшего сбалансиро- ванно поддерживаемого расхода топлива. Определение наиболее опти- мальных точек наладки зависит от нескольких факторов: диапазона изме- няемой мощности, геометрии и аэродинамического сопротивления камеры сгорания, эффективности смесительного устройства горелки, графика по- требления тепла. Для решения этой задачи проведены вычислительные эксперименты на основе построения адекватной математической модели аэродинамики дымовых газов, процессов горения и теплообмена в топках по методу Эйлера-Лагранжа. 119 УДК 621.1 Оптимизированная схема сжигания многофазного топлива Ярмольчик М. А., Ярмольчик Д. Ю. Белорусский национальный технический университет Белорусский государственный университет Логистическая схема поставок диспергированного твердого топлива на теплоиспользующие технологические предприятия определяется рядом факторов, ограничивающих объёмы поставок: сезонность, дискретность добычи и транспортировки, использование определенных бункеров для локального хранения, технологического оборудования ограниченной ём- кости и производительности. По этим причинам теплотехнологические предприятия вынуждены время от времени переходить на традиционные виды топлива, прежде всего на природный газ. Такие переходы требуют частичного изменения в монтаже и переналадки оборудования, что сказы- вается на экономичности, инерционности и качестве экологии процессов сжигания. Определяющим является аспект непрерывности и малой инер- ционности тепловой генерации, требуемой для современных технологиче- ских и теплоэнергетических процессов. Оптимальным решением является применение факельного сжигания комбинированного многофазного топ- лива. Сложность организации таких процессов, прежде всего, обусловлена значительной разницей в скорости горения твердого и газообразного топ- лива. Для оптимизации процессов сжигания многофазного топлива необхо- димо провести выбор принципиальной схемы, аэродинамических парамет- ров смешения потоков топлива и воздуха в зависимости от возможности расходов, физических и химических параметров проектных видов топлива и геометрических характеристик камеры сгорания. В результате исследования определено, что для осуществления сбалан- сированной подсветки диспергированного твёрдого топлива и/или атоми- зированного высоковязкого жидкого топлива газообразным и/или мало- вязким жидким топливом каналы подачи подсвечиваемого топлива целе- сообразно располагать внутри осевых и тангенциальных каналов подачи воздуха. Такая схема обеспечивает образование турбулентных потоков топливо-воздушной смеси непосредственно у корня факела, а также ста- бильность и неразрывность пламени. Численными методами определены режимные параметры при измене- нии дисперсности и плотности топлива, скорости потока топливовоздуш- ной смеси и вторичного воздуха, подаваемого на горение, а также конфи- гурация и геометрия оптимального пламени. 120 УДК 697.34 Перспективы развития систем теплоснабжения Седнин В.А., Петюк С.В. Белорусский национальный технический университет В последние десятилетия безусловным лидером в разработке новых технических решений применяемых в системах теплоснабжения является Дания. Исследования, проводимые в этой стране, а также в ряде других Европейских стран направлены на широкое использование возобновляе- мых источников энергии в системах теплоснабжения и возможность зна- чительно снижения расхода теплоты на отопление зданий. Большинство исследований сводится к мнению, что развитие систем централизованного теплоснабжения должно происходить по пути умень- шения потерь теплоты в тепловых сетях, использования различных техно- логий, в том числе низкотемпературного теплоснабжения, а также реали- зацию концепции "интеллектуальное теплоснабжение". Все это по мнению авторов позволит в перспективе эксплуатировать системы теплоснабжения без использования органического топлива. Перспективные системы централизованного теплоснабжения должны отвечать следующим требованиям: - возможность подачи теплоты с низкой температурой для новых и су- ществующих зданий. Предполагается, что в будущем для систем отопле- ния будет применяться теплоноситель с температурой 40 °С. При этом температура обратной сетевой воды составит порядка 20 °С. Системы ото- пления, вмонтированные в стены и в пол, позволят работать с температу- рой воды на несколько градусов больше требуемой температуры воздуха в помещении; - возможность транспортировки теплоты с минимальными потерями в тепловых сетях. Для систем горячего водоснабжения предлагается мини- мизировать расстояния от теплообменника системы ГВС до конечного потребителя. Это позволит уменьшить температуру воды в систему ГВС до уровня 40-50 °С, при условии обеспечения требуемого качества воды; - возможность повторного использования теплоты низко потенциаль- ных источников и возможность интеграции возобновляемых источников, таких как солнечная энергия и геотермальные источники; - создание систем "интеллектуальное теплоснабжение" с внедрением адаптивных систем управления. Данные системы управления позволят производить балансировку требуемой тепловой энергии в течение суток, и в частности понизить пиковые нагрузки. 121 УДК 620.91:662.997 Повышение эффективности преобразования солнечной энергии Петровская Т.А., Богдан А.А., Иванова Д.С. Белорусский национальный технический университет Максимальный достигнутый в лаборатории КПД солнечных элементов (СЭ) на основе каскадных гетероструктур составляет 36,9 % (фирма Спек- тролаб, США), для СЭ из кремния 24%. Практически все заводы за рубе- жом выпускают солнечные элементы с КПД 14 -17%. Sun Power Согр. США начала в 2003 г. производство солнечных элементов из кремния раз- мером 125 х 125 мм с КПД 20%. Разрабатывается новое поколение СЭ с предельным КПД до 93%, ис- пользующее новые физические принципы, материалы и структуры. Ос- новные усилия направлены на более полное использование всего спектра солнечного излучения и полной энергии фотонов по принципу: каждый фотон должен поглощаться в полупроводнике с запрещенной зоной, ши- рина которой соответствует энергии этого фотона. Это позволит на 47% снизить потери в СЭ. Для этого разрабатываются перспективные СЭ: кас- кадные из полупроводников с различной шириной запрещенной зоны; с переменной шириной запрещенной зоны; с примесными энергетическими уровнями в запрещенной зоне. Другие подходы к повышению КПД СЭ связаны с использованием концентрированного солнечного излучения, созданием полимерных СЭ, а также наноструктур на основе кремния и фуллеренов. Предлагается ис- пользовать принципы микроволнового преобразования энергии (резонатор – волновод – выпрямитель) для преобразования солнечной энергии . Новые технологии и материалы позволят в ближайшие пять лет увели- чить КПД СЭ на основе каскадных гетероструктур в лаборатории до 40%, в производстве до 26 – 30%, КПД СЭ из кремния в лаборатории до 28%, в промышленности до 22%. Основные пути снижения стоимости СЭС: повышение КПД СЭС, уве- личение размеров СМ и объема производства, снижение стоимости сол- нечного кремния, снижение расхода солнечного кремния на единицу мощ- ности СЭС, комбинированное производство электроэнергии и теплоты на СЭС. 122 УДК 620.9:662.6 Автоматизация и информационные технологии в теплоэнергетике Петровская Т.А., Гречко В.В. Белорусский национальный технический университет Современная автоматизация обеспечивает более быстрое и качествен- ное регулирование; повышение экономичности установок; снижение вред- ных выбросов и другие преимущества. Повышение надежности микропро- цессорной и оптоволоконной техники Основные пути совершенствования систем автоматического регулиро- вания: переход с металлических проводов на оптоволокно; окончательный переход на микропроцессорную технику. Благодаря развитию информационных систем появилась возможность отслеживать состояние оборудования на расстоянии, в частности появи- лась возможность создания диспетчерских пунктов на несколько котель- ных. Также у организаций, обслуживающих оборудование появилась воз- можность отслеживать состояние оборудования в реальном времени в лю- бой точке мира, и это позволяет оперативно реагировать на неполадки и сбои, помогать персоналу на местах. Благодаря развитию автоматизации и информационных технологий снижается роль человеческого фактора, повышается экономичность, без- отказность оборудования, облегчается работа персонала, улучшается диаг- ностика повреждений. 123 УДК 664.12 Расчет расхода тепловой энергии на производство сиропа (жидкого сахара) Мигуцкий И. Е. Белорусский национальный технический университет В данной работе рассматривается процесс производства сахарного си- ропа (жидкого сахара) по следующей схеме: - после 6 корпуса выпарной станции забирают сироп с концентрацией 74% и разбавляют его до концентрации 65%. В этом случае не работает отделение сушки сахара, упаковка сахара, часть оборудования продукто- вого отделения, вакуум-аппараты. Этот вариант, естественно, самый эко- номичный, но могут возникнуть проблемы с качеством сахара, так как в вакуум-аппаратах с оттеками уходит часть загрязняющих сахар веществ. Ниже приводится расчет потребления тепловой и электрической энер- гии по трем рассмотренным вариантам Таким образом, удельный нормативный расход тепла на технологиче- ские нужды при производстве сахара из сахарной свеклы, Гкал/т * / 86,6 * 523 / 333,3 135,9 / .свнорм D r A Мк тQ ал= = = С учетом надбавок удельная технологическая норма расхода тепла на производство сахара из сахарной свеклы составит: = + = 135.9 22.8 158,7 / .свнорм Мкал тq Надбавки к технологической норме равны 22,8. С учетом рассчитанных выше норм на переработку свеклы, выходом сахара при сахаристости свеклы 15,0% и того, что концентрация сахара в сиропе должна быть 65%, удельные норма расхода тепловой энергии на производство сахарного сиропа будет: = = = 0,65 *158,7 / 0,15 0,65 0,15 687,7 / .сир св Мкалq тq 124 Экономика и организация энергетики УДК 621.4 Развитие мини-ТЭЦ с применением парогазовых установок Бокун И. А., Левчук Ю. Д. Белорусский национальный технический университет В связи с нестабильностью импорта топлива и цен на него становится целесообразным преобразование центральных котельных как в городах, так и в посёлках в мини-ТЭЦ с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии. При этом в качестве топлива могут использоваться продукты газификации низкосортных местных топлив и биомассы. Работу мини- ТЭЦ целесообразно проектировать в маневренных режимах с учётом необходимости обслуживания потребителей с неравномерным графиком нагрузок (суточным, сезонным). Мини-ТЭЦ могут производить электроэнергию и теплоту для удовлетворения нужд потребителя. В мини-ТЭЦ сочетается ряд энерготехнологий, способных производить потоки тепловой энергии на различных уровнях плотности. Мини-ТЭЦ может включать следующие функциональные блоки (рисунок 1): компрессор 1, камера сгорания 2, ГТУ 3, котёл-утилизатор 4, паровую турбину 5, аккумулятор тепловой энергии 6 для потребителей 7. Выхлопные газы после котла-утилизатора поступают в подогреватель топлива 8. Компрессором подаётся в камеру сгорания воздух и топливо, которое подогревается уходящими из котла-утилизатора газами. Пар из котла-утилизатора поступает в паровую турбину, а затем отработанный пар поступает в аккумулятор тепловой энергии, который выполняет как функцию деаэратора, так и источника тепловой энергии для потребителей. Следует отметить, что КПД таких мини-ТЭЦ достигает выше 60 %. Схема мини-ТЭЦ 126 УДК 621.311.1 Критерии и модели принятия решений по обеспечению энергоэффективности Лапченко Д.А. Белорусский национальный технический университет Механизм управления энергоэффективностью предприятия включает факторы обеспечения энергоэффективности и направления энергосбережения, а также этапы деятельности по обеспечению энергоэффективности (проведение анализа состояния и определение структуры энергопотребления, диагностика и оценка резервов экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), составление плана мероприятий по реализации резервов экономии ресурсов, реализация планируемых мероприятий по экономии и рациональному использованию энергоресурсов). Процесс управления эффективностью использования ТЭР на промышленном предприятии включает следующие процедуры: комплексная оценка эффективности использования ТЭР; формирование оптимального портфеля организационно-технических мероприятий по повышению эффективности использования ТЭР; контроль развития в области повышения энергоэффективности. Можно выделить три основных типа критериев энергоэффективности – термодинамические, натуральные, экономические, использование которых зависит от многих факторов. В настоящее время потенциал малозатратных организационно-экономических мероприятий в области энергосбережения практически исчерпан, и дальнейшая работа по повышению энергоэффективности требует все более значительных инвестиций. Поэтому приоритетное значение имеют экономические критерии, так как эффективное использование энергетических ресурсов есть достижение именно экономически оправданной эффективности использования энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологии и соблюдении требований к охране окружающей среды. Критерии и модели принятия решений по обеспечению энергоэффективности включают: - критерий чистой дисконтированной стоимости объекта, потребляющего энергию, рассчитанной как разница между дисконтированными доходами и текущими и капитальными затратами; - критерий снижения себестоимости выпускаемой продукции промышленного предприятия, достигнутого в результате повышения эффективности использования ТЭР. 127 УДК 321 Система оценочных показателей энергопредприятия при внедрении управленческого учета Манцерова Т.Ф. Белорусский национальный технический университет При существующей вертикально-интегрированной модели управления энергокомплексом Республики Беларусь, государство осуществляет централизованное регулирование производственно-хозяйственной деятельностью предприятий энергетики. Проблема перекрестного субсидирования и отсутствие рыночных механизмов регулирования в энергетике становятся причинной снижения инвестиционной привлекательности отрасли. Общепринятая система финансового учета не позволяет детально изучить затраты на каждом этапе производства электроэнергии, и, как следствие, не позволяет сформировать обоснованный тариф. Поэтому для этих целей необходимо, параллельно с традиционным финансовым учетом, вести управленческий (раздельный) учет. Для эффективного использования механизма управленческого учета, контроля проведенных процедур и корректировки управленческих воздействий необходима система оценочных показателей. Система показателей должна отражать уровень иерархии управления и особенность технологического цикла производства энергии. Так, для генерирующих объектов в условиях оптового рынка структурно можно выделить несколько блоков оценочных показателей. Первый блок должен дать оценку производственной мощности, технической оснащенности и эффективности использования оборудования. Он должен включать как объемные натуральные показатели, так и качественные. Для формирования объективной информации о деятельности целесообразно выделить специальный блок показателей, характеризующий уровень затрат и их обоснованность. Он может включать как общепринятые показатели (уровень себестоимости 1 кВтч и 1 Гкал), так и отдельные общепроизводственные или общехозяйственные расходы. Так как топливная составляющая в энергетике является самой весомой, поэтому целесообразно контролировать уровень и характер затрат на топливо (3 блок). 128 УДК 623.311 Перекрестное субсидирование Нагорнов В.Н. Белорусский национальный технический университет Повышение цен на коммунально-бытовое обслуживание населения привело к новой волне интереса к ценам продукции естественных монополий и, в частности, к так называемому перекрестному субсидированию. В настоящее время перекрестное субсидирование является своеобразным тормозом развития топливно-энергетического комплекса республики. В частности перекрестное субсидирование приводит к таким негативным последствиям, как: - увеличение себестоимости промышленной продукции на сумму скрытых дотаций населению; - нерациональное и расточительное использование энергоресурсов населением и другими льготными потребителями; - повышение себестоимости промышленных товаров приводит к потере конкурентоспособности энергоемкой экспортной продукции; - с увеличением тарифов промышленности сокращается доходная часть бюджета, так как уменьшается основная часть налогообложения предприятий – прибыль; - наибольшую выгоду от льготных тарифов получает наиболее обеспеченная часть населения, имеющая большие квартиры, коттеджи и использующая электроэнергию для получения тепла; - отказ части потребителей тепла от централизованного тепло- снабжения приводит к уменьшению комбинированного производства электроэнергии и теплоты на TЭЦ, что вызывает рост импортируемых энергоресурсов и одновременно увеличивает пресс перекрестного суб- сидирования на оставшихся потребителей тепла; - высвобождаемые средства населения оказывают определенное инфляционное давление на всю экономику республики. Себестоимость электроэнергии в значительной мере зависит от режима электропотребления и напряжения, на котором потребитель получает электроэнергию. Коммунально-бытовой сектор потребляет энергию в пиковой и полупиковой зонах нагрузки и на самом низком напряжении, с дорогими разветвленными сетями и высокими потерями. Промышленный сектор, наоборот, потребляет энергию в базовой и полупиковой зонах наг- рузки на высоком напряжении. Таким образом, себестоимость энергии для населения получается выше себестоимости энергии, потребляемой промышленностью. 129 УДК 658.14/.17 Пути повышения финансовой устойчивости предприятия Макарецкая Т.Д. Академия управления при Президенте Республики Беларусь Финансовая устойчивость предприятий зависит от многих факторов, которые можно разделить на внешние, оказывающие влияние вне зависимости от интересов и деятельности предприятия, и внутренние, на которые предприятие может и должно активно влиять. На современном этапе развития экономики к основным внешним фактором можно отнести такие, как кризис неплатежей, темпы инфляции, уровень налогов, высокие ставки банковского кредита и др. Обеспечение финансовой устойчивости должно осуществляться предприятиями по разным направлениям, на которые субъекты хозяйствования могут воздействовать. Сюда относится прежде всего разработка на основе финансового анализа грамотной финансовой стратегии предприятия, включающей как текущие финансовые задачи, так и перспективные. Важным является также формирование и обеспечение современного подхода к производству, который основан на внедрении новых инновационных технологий. Одним из эффективных методов обновления материально-технической базы предприятия может стать лизинг, который не требует полной единовременной оплаты арендуемого имущества и служит одним из видов инвестирования. Большую помощь в выявлении резервов повышения финансовой устойчивости предприятия может оказать маркетинговый анализ по изучению спроса и предложения, рынков сбыта и формированию на этой основе оптимального ассортимента и структуры производства продукции. Важным направлением является также поиск внутренних резервов по увеличению прибыльности производства и достижению безубыточной работы за счет более полного использования производственной мощности предприятия, повышения качества и конкурентоспособности продукции, снижения ее себестоимости, рационального использования материальных, трудовых и финансовых ресурсов, сокращения непроизводительных расходов и потерь. 130 УДК 574.64 Экологическая безопасность территорий Кабушко А.М. Академия управления при Президенте Республики Беларусь Анализ динамики экологической ситуации последних лет в целом по стране и в региональном разрезе позволяет сделать заключение о наметившейся относительной стабилизации состояния природной среды, что явилось следствием осуществляемой в Республике Беларусь природоохранной деятельности. Вместе с тем высокая степень износа основных средств производства, устаревшие материалоемкие технологии являются серьезным фактором потенциального экологического риска территорий. Состояние природной среды республики в современных условиях находится на стадии «накопления» потенциальных риск-ситуаций, что и обусловливает необходимость совершенствования управления экологической безопасностью территорий. Основой его информационного обеспечения является государственная статистика, использующая систему показателей, комплексно характеризующих компоненты окружающей среды. Однако там отражена исключительно первичная информация и отсутствуют такие обобщающие характеристики, как самовосстановительный потенциал природных систем, их самоочищающая способность, соизмерение природного и производственного потенциалов. Мы предлагаем разрабатывать экологические паспорта территории, содержащие три блока: информационный, экономический, проблемно- целевой. С таким содержанием паспорт может рассматриваться как эколого-экономический и стать основой стратегической эколого- экономической программы развития территории. Информационный блок может включать общую характеристику территории, его географическое положение, климатические условия и др. В этот же раздел паспорта следует включать информацию о структуре антропогенной нагрузки на окружающую среду. В экономическом блоке предлагается отражать: экономические показатели производственно- хозяйственной деятельности, налоговые льготы предприятия, связанные с его природоохранной деятельностью, затраты на проведение природоохранных мероприятий; показатели внутреннего и внешнего ущерба. Проблемно-целевой блок должен отражать природоохранные проблемы территории и пути их решения. 131 УДК 620.9 К оценке остаточной стоимости основных фондов в технико-экономических расчётах Лимонов А.И. Белорусский национальный технический университет Если основные фонды (ОФ) созданные в результате единовременных затрат, высвобождаются в связи с завершением проекта до окончания их срока службы и эффективно продолжают функционировать или могут до конца своего срока службы эффективно использоваться на других участках, то при оценке и (или) сравнении проектов по эффективности необходим учёт остаточной стоимости фондов. Допустим, что оптимальный срок службы ОФ (К) равен Т, а в году τ < T они отслужили только часть этого срока, то остаточная стоимость фондов (КО), высвобождаемых в год τ и приведенная по времени к данному моменту времени, может быть определена: КО = (К – КЛ) (Е + α) ∑ (1 + 𝐸)𝜏−𝑡𝑇𝑡=𝜏+1 + КЛ = = К - (К – КЛ) (Е + α) ∑ (1 + 𝐸)𝜏−𝑡𝜏𝑡=1 , где α – норма отчислений на реновацию, принимаемая постоянной величиной по годам расчётного периода, рассчитанная с учётом фактора времени; КЛ - ликвидационная стоимость ОФ. Под знаком суммы в приведенных формулах – конечные убывающие прогрессии, сумма членов которых равна: S = (a1 - a1q n) / ( 1 – q), где a1 и q для первого выражения будут равны (1 + Е) -1; n –количество членов (в первой формуле) геометрической прогрессии – (Т - τ). В результате сумма членов будет равна: S = (1+Е)−1 −(1+Е)−1 (1+Е) ( 𝜏−Т) 1−(1+Е)−1 = (1+Е)Т – (1+Е)𝜏Е (1+Е)Т . Так как (Е + α) = Е + Е(1+Е)Т−1 = Е (1+Е)Т(1+Е)Т − 1. И в результате остаточная стоимость будет КО = КЛ + (К – КЛ) (1+Е)Т – (1+Е)𝜏(1+Е)Т − 1 . Если в год τ < T заканчивается расчётный период, то при расчёте ЧДД (как и других абсолютных критериев) остаточная стоимость единовременных затрат учитывается следующим образом: ЧДД = ∑ (𝑅𝑡 − И𝑡 𝜏𝑡=1 ) (1 + Е)-t – К + КО (1+Е)-τ . 132 УДК 330.131.7 Обоснование метода учета затрат в энергетике Самосюк Н.А. Белорусский национальный технический университет Управление затратами предусматривает набор методик сбора, формирования необходимой информации, последующей обработки, разработки различных сценариев, обеспечивающих полное представление о возможных эффективных направлениях снижения затрат. Выделение центров ответственности позволяет существенно повысить эффективность производственного учета, контроля и управления. Деление производственного предприятия на центры ответственности зависит от отраслевых особенностей, технологии и организации производственного процесса, методов переработки исходных материалов, состава выпускаемой продукции, уровня технической оснащенности и других факторов. Существуют различные классификации центров ответственности. В соответствии с классификацией принято выделять четыре типа центров ответственности: центр затрат, центр доходов, центр прибыли, центр инвестиции. На ТЭЦ можно выделить центры доходов и центры затрат. К центрам доходов можно отнести: бухгалтерию (оперативное управление производственными затратами), финансовый отдел (тактическое управление производственными затратами), планово-экономический отдел (стратегическое управление производственными затратами). К центрам затрат: топливно-транспортный цех, котлотурбинный цех, электрический цех, теплофикационное отделение. Учет затрат по центрам ответственности на предприятиях энергетики целесообразно осуществлять по нормативному методу. Данный метод предусматривает учет затрат по нормам, изменениям норм, отклонениям от норм. Для контроля снижения удельного расхода топлива и получения обоснованной себестоимости производства энергии целесообразно использовать попроцесный метод калькулирования. На ТЭЦ он может быть заменен на попередельный с формированием цеховой себестоимости и себестоимости полуфабрикатов. Затраты оборудования не связанного с комбинированным производством, которое работает параллельно, калькулируются отдельно. Для эффективного учета затрат необходимо использовать параллельно использовать несколько методов учета затрат это возможно в системе автоматизированной системы информации. 133 УДК 005.334(075.8) Проблемы управления экономическим риском Тымуль Е.И. Белорусский национальный технический университет В настоящее время необходимость управления рисками на предприятии не вызывает сомнения. По мере развития предприятий, усложнения их организацонных структур управления, всё большего влияния внешних факторов на деятельность предприятия возрастает необходимость внедрения комплексной системы управления рисками, охватывающей все виды деятельности предприятия. Управление любыми рисками должно основываться на разработанной методике, которая представляет собой алгоритм определенных последовательных действий. Прежде всего, необходимо выявить все возможные внешние и внутренние риски, которые способны повлиять на функционирование предприятия или на определенный вид экономической деятельности. Следующим шагом является выявление причин возникновения данных рисков. Затем следует оценка величины возможного риска, основанная на методологии, с помощью которой анализируется будущая неопределенность для того, чтобы определить влияние риска на предполагаемый результат. Заключительным шагом в данной модели управления должен стать выбор определенных мер по предотвращению или снижению самых значимых рисков, выявленных и проанализированных на предыдущих шагах. На сегодня к наиболее распространенным методам управления рисками относят: избежание рисков или отказ от них; принятие рисков на себя; предотвращение убытков; уменьшение размера убытков; страхование; самострахование; передача рисков. Выбор той или иной процедуры управления рисками определяется общей стратегией организации в отношении рисков, которая, в свою очередь, зависит от суммарного размера потенциальных убытков, с одной стороны, и финансовых возможностей организации, с другой. Критерием выбора той или иной процедуры управления рисками являются шкалирование и лимитирование рисков, т.е. установление неких пороговых значений рисков и определенных действий воздействия на риски в зависимости от величины оцениваемого риска. Результативность управления вообще и управленческих решений в частности связана с комплексным использованием множества обстоятельств, в том числе во многом зависит и от процедуры принятия решений, порядка и условий их практической реализации. Поэтому столь важны методологические основы при разработке и принятии решений. 134 УДК 662.62 Требования к подготовке операторов в АСУ ТП Кравчук Е.А. Белорусский национальный технический университет Надежность работы человека-машинной системы (ЧМС) в значительной степени определяется надежностью человека-оператора, и чем сложнее ЧМС, тем более выражена эта зависимость. Это объясняется тем, что человеку свойственна высокая реактивность, чувствительность, он функционально динамичен и подвержен влиянию множества факторов внешней и внутренней среды. В силу этих и других особенностей в условиях роста сложности и напряженности работы деятельность человека-оператора является многофункциональным параметром и зависит от многих факторов. Человеку-оператору ЧМС в заданном промежутке времени требуется обрабатывать большие объемы поступающей информации. Так как длительность этого процесса в значительной степени определяет оперативность процесса принятия решения, то работа оператора характеризуется количеством обрабатываемой информации. Поэтому одной из основных задач является определение пропускной способности человека-оператора, его основной информационной характеристики. Пропускная способность оператора ограничена.Она зависит от типа решаемой задачи, объема выводимой информации на систему отображения, яркости символов, их контрастности, размеров, и других факторов. Поэтому возникает необходимость в целях оптимизации взаимодействия человека-оператора с аппаратно-програмной средой ЧМС осуществлять согласование предъявляемой оператору информационной модели с реальными объектами, информацию о которых она содержит. Соотношение между качеством работы человека и действующими нагрузками показывает, что зависимость частоты появления ошибок от действующих нагрузок является нелинейной. При очень низком уровне нагрузок большинство операторов работают неэффективно (так задание кажется скучным и не вызывает интереса) и качество работы далеко от оптимального. При умеренных нагрузках качество работы оператора оказывается оптимальным, и поэтому умеренную нагрузку можно рассматривать как достаточное условие обеспечения внимательной работы человека-оператора. При дальнейшем увеличении нагрузок качество работы человека начинает снижаться. Эффективность и устойчивость работы ЧМС зависит от многих составляющих и в первую очередь от того, как распределены и согласованы функции между человеком и машиной. 135 УДК 658.3 Экономическая эффективность жилых зданий при применении «активного» и «пассивного» энергосбережения Баранников А. И. Белорусский национальный технический университет Здания, удовлетворяющие нормативным требованиям удельной потребности в тепловой энергии на отопление (или охлаждение) и вентиляцию, получили название «энергоэффективные здания». Таким образом, разработчики нормативно-правовой документации, посвященной энергетической эффективности зданий, определяют энергетическую эффективность здания как свойство объекта и его инженерных систем обеспечивать заданный уровень расхода тепловой энергии для поддержания оптимальных параметров микроклимата помещений. При проектировании важным является вопрос о выборе оптимального сочетания решений, обеспечивающих экономически обоснованное снижение энергопотребления и сохранение комфорта в помещении. Для этого необходимо представить структуру энергетического баланса здания и связанных с ней возможности изменения энергозатрат по различным составляющим баланса. Существуют различные способы энергосбережения, которые можно поделить на две группы: активные и пассивные. Группировка способов энергосбережения Активные Солнечный коллектор Солнечная батарея на основе фотоэлементов Тепловой насос Рекуператор Теплообменник Теплый пол Энергосберегающее освещение Фотоэлементы систем освещения Автоматизированная система управления инженерным оборудованием здания Пассивные Ориентация дома на юг Общая архитектурно- планировочная концепция здания Светлая кровля Площадь остекления должна быть увеличена с южной стороны и уменьшена с северной Вентилируемые окна Рециркуляционный воздуховод в плитах перекрытий Отраженное освещение Теплоемкие ограждающие конструкции Узел учета энергоресурсов 136 УДК 321 Возможность применения логистики в энергетике Чиж Е.П. Белорусский национальный технический университет Роль и значение энергетики, эффективность ее функционирования с целью повышения уровня обеспеченности национальной экономики материальными, финансовыми, информационными ресурсами в оптимальной пропорции, предполагает разработку и реализацию логистической стратегии ее развития. Логистика в энергетике базируется на ее специфических особенностях, таких как непрерывность производства, распределения и потребления энергии по периодам времени и часам суток. Модель энергетической системы, по мнению Бутковского И.П., представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов логистического процесса, интегрированных в налаженные механизмы поставок энергии. В основе механизма поставок энергии лежат потоки, которые имеют ряд существенных отличий от материальных потоков, которые характерны для классических логистических систем. Основные физические и химические свойства энергетических потоков (давление, температура и т.д.) подвержены постоянному изменению. Энергетика – довольно фондоемкостный вид деятельности, следовательно, здесь велика стоимость основных средств, которые формируют значительную часть стоимости логистической системы. Следует также отметить небольшой выбор возможных вариантов транспортировки энергетических потоков. В то же время, при применении логистического подхода в энергетике следует принимать во внимание и специфику финансовых потоков, которые формируются при оплате поставок энергии. Для энергетики республики, как вариант, можно рассмотреть следующую логистическую структуру, включающую поставщиков оптового рынка электро и теплоэнергии (ТЭЦ, котельные и т.д.), поставщиков розничного рынка электроэнергии (электрические сети), потребителей электроэнергии (юридические и физические лица), оперативно-диспетчерское управление, Энергонадзор. 137 УДК 331 Использование процедуры бенчмаркинга на предприятии Русак Е. С. Академия управления при Президенте Республики Беларусь В последние годы бенчаркинг входит в тройку самых распространенных методов управления бизнесом и изучения конкурентов в крупных международных компаниях. В практике управления бенчмаркинг определяют как. метод, основывающийся на опыте взятого за эталон предприятия, применение лучшей практики на своём предприятии и .выработке лучшей стратегии развития, нацеленной на совершенствование организации. В теории различают несколько видов бенчмаркинга: 1. внутренний бенчмаркинг – производится между подразделениями в одной организации; 2. конкурентный бенчмаркинг – сравнение показателей своей фирмы с конкурентами; 3. функциональный бенчмаркинг – сравнение с организациями, не являющимися конкурентами; 4. общий бенчмаркинг – сравнение бизнес-процессов с организациями, относящимися к разным отраслям рынка. Благодаря бенчмаркингу собственники, управляющие, менеджеры располагают информацией, необходимой для выбора стратегии развития предприятия и эффективного распределения ресурсов. Процедуры бенчмаркинга позволяют, с одной стороны, объективно оценить собственные идеи, цели и задачи предприятия, а с другой – сравнить показатели своей работы с параметрами деятельности других предприятий, чтобы оценить уровень ее конкурентоспособности. В Республике Беларусь применение бенчмаркинга пока недостаточно по сравнению с зарубежными странами. Например, использование бенчмаркинга в зарубежных странах регулируется и поддерживается на государственном уровне, создаются специализированные компании для поиска партнёров по бенчмаркингу, в Республике Беларусь такая практика отсутствует. Среди основных причин, тормозящих полноценное и успешное применение бенчмаркинга в стране можно выделить следующие: 1. недостаточность информации для обмена опытом; 2. отсутствие финансирования программ бенчмаркинга государством, отсутствие достаточного количества практики в нашей стране; 3. влияние особенностей ведения национального бухгалтерского учёта. 138 УДК 330 Создание кластеров в энергетике Вьетнама Нго Ань Тует Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день во Вьетнаме функционирует довольно много региональных экономических кластеров, в том числе кластеров по различным отраслям. В тоже время, в энергетике пока кластеры не созданы и отсутствует механизм формирования кластера в энергетической отрасли Вьетнама. Автором проведены независимые исследования и разработана методика научных исследований формировании энергетического кластера Вьетнама. В частности, особый интерес представляет методика создания регионального кластера возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Алгоритм создания кластера энергии Вьетнама обусловлен следующим: 1. Формирование, опознавание объектов: на основе теории кластерной и региональной экономик М.Портера определяются объекты, связанные с формированием кластера и устанавливаются их взаимосвязи. Они включают органы национального и регионального управления, учебные учреждения; научно-исследовательские институты; энергетические предприятия в регионе или за пределами региона. 2. Оценка групп ВИЭ в регионе: Оценка приоритета развития ВИЭ во Вьетнаме и в регионе( малые ГЭС, биомасса, энергия ветра, солнечная энергия). 3. Оценка состояния социально-экономического развития региона. 4. Оценка потенциала и возможности формирования кластера: возможность формирования кластера оценивается по определенным критериям. 5. Выбор участники в кластере: энергетические предприятия или связанные с ними технологически, выбирают по определенным критериям. 6. Создание модели энергетического кластера: на основе выбранных участников и объектов создается модель энергетического кластера. 7. Определение уровня инвестиций и оценка их эффективности в кластер ВИЭ. 8.Определение стратегии развития кластера. Для создания энергетического кластера во Вьетнаме необходимо разработать методику, основанную на основе кластерной теории М.Портера и анализа социально-экономического развития страны, состояния и перспектив развития энергетики Вьетнама. 139 УДК 621.315 Основные принципы тарифообразования за рубежом Левковская А.В. Белорусский национальный технический университет Практически во всех развитых странах мира в быту применяются тарифы, дифференцированные по зонам. Такие тарифы отражают фактическую стоимость электроэнергии, отпускаемую потребителям. При этом оплата за электрическую энергию исчисляется по различным вариантам тарифов: стоимость одного киловатт-часа может меняться несколько раз в день. В выходные тарифы могут отличаться от действующих в рабочие дни. В европейских странах в бытовом секторе широко используются тарифы, состоящие из фиксированной платы (так называемый абонемент на электрическую энергию) и платы за потребленную электроэнергию. Например, в бытовых тарифах Ирландии и Швейцарии фиксированная плата пропорциональна числу комнат в квартире. Во Франции существует универсальный тариф для бытовых потребителей, включающий в себя фиксированную плату и двухступенчатый тариф на электроэнергию (дневной и ночной). Тариф на электроэнергию в дневной зоне примерно в 1,7 раза выше, чем в ночной. Великобритания для бытовых потребителей предлагает три формы оплаты электроэнергии: по одноставочному тарифу, по дифференцированному (дневному и ночному) тарифу и по одноставочному тарифу с абонентской платой. В Германии тарифы для населения определяются основной платой за год, которая зависит от годового объема потребляемой электроэнергии, и платой за фактически потребленную энергию. В Италии в настоящее время крупнейшая национальная энергоснабжающая компания завершает работы по созданию автоматизированной системы для бытовых потребителей, которая позволит не только дистанционно считывать показания электросчетчиков, но и централизованно управлять электропотреблением. Потребители получат возможность использовать дифференцированные тарифы по потребляемой мощности. В США существуют бытовые тарифы на суточную пиковую и внепиковую электроэнергию. Для потребителей, использующих внепиковую энергию, тариф может быть ниже в 2–16 раз в зависимости от энергосистемы, что позволяет в пиковые периоды снизить электропотребление в бытовом секторе до 30 %. 140 УДК 662.74 Преимущества газификации низкосортных местных топлив в пульсирующем слое Бокун И. А., Левчук Ю. Д. Белорусский национальный технический университет Рассмотрены технологии газификации биомассы и низкосортных топлив с целью производства энергии. Предложена конструкция газогенератора с пульсирующим слоем. Предполагается, что в будущем получат развитие газификационные установки большой и средней мощности. Газогенераторы малой и средней мощности основаны на реакторах плотного слоя (газогенераторы с нижним и верхним дутьём), в то время как в установках средней и большой мощности, предназначенных для производства электроэнергии, применяются газогенераторы с кипящим слоем, а также с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). С целью повышения эффективности работы газогенератора за счёт снижения уноса пылевидных частиц, предотвращения спекания топлива, интенсификации перемешивания и процессов тепло- и массообмена в слое, предложен газогенератор с пульсирующим слоем. Газогенератор содержит вертикальный корпус, поверхности охлаждения, трубопровод подачи воздуха в воздушную камеру, разгрузочное устройство, трубопровод подачи топлива в кипящий слой на распределительной решетке внутри вертикального корпуса, трубопровод подачи топлива выполнен в виде шахты, примыкающей к верхней части вертикального корпуса, и снабжен устройством аэродинамического торможения слоя, выполненным в виде расположенных с противоположных сторон трубопровода подачи топлива и смещенных по высоте коробов, на которых установлены соленоидные клапаны. 141 Энергетическое строительство УДК 626.8 Основные виды нарушений нормальной эксплуатации сооружений Круглов Г.Г., Линкевич Н.Н., Мурашко О.А., Алисевич М.Г. Белорусский национальный технический университет Во время эксплуатации гидротехнических сооружений на них действуют воздушная и водная среда, волны, шуга, лед, низкая и высокая температуры, атмосферные осадки, ветер, бури, солнечная радиация. Кроме того, происходит взаимодействие между сооружением и его основанием. К основным видам нарушений нормальной эксплуатации сооружений отно- сятся: 1. Размыв крепления русла перед сооружениями. Вымыв грунта из-под плит крепления, расстройство стыков между ними. 2. Повреждение щитовых устройств и винтоподъемников. Выход затво- ров из строя вследствие перекоса, заклинивания и других причин. 3. Расстройство стыков между элементами сборных сооружений (особен- но между звеньями труб, башен и т.д.). Сдвиг звеньев относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскости, раскрытие стыков и вымыв грунта засыпки в водопроводящий тракт и в нижний бьеф. 4. Размыв грунта по контуру сооружения. Значительная контактная фильт- рация. 5. Разрушение крепления в нижнем бьефе. При этом зафиксировано боль- шое разнообразие видов разрушений, вызванных различными причинами. 6. Размыв отводящего русла. При этом различается боковая эрозия, т.е. раз- рушение откосов и размывы дна. 7. Заиление водобойных колодцев, забивка вертикальных шахт растительно- стью и сором. 8. Шелушение бетона – отслоения затвердевшего цементного раствора с по- следующим выщелачиванием заполнителя. При несвоевременном ремонте они могут быть очагами более серьезных разрушений - выбоин, оголений арматуры, проломов плит и т.п. 9. Разрушение заполнителя деформационных швов: выкрашивание, выплав- ление, выдувание, вымывание. 10. Разрушение стыковых соединений плит облицовок, покрытий. 11. Истирание бетона; разрушение облицовок водослива, водобоя. 12 Коррозия бетона. 13. Разрушения элементов земляных плотин (верхового и низового откосов и их креплений; гребня и его крепления; противофильтрационного устройства в теле плотины; противофильтрационного устройства в основании плотины; дре- нажного устройства; ливнеотводящих и дренажных канав), а также в зонах со- пряжений с бетонным сооружением и основанием. 143 УДК 626.8 Основные причины уменьшения долговечности бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений Линкевич Н.Н., Круглов Г.Г., Селезнев В.И., Мурашко О.А. Белорусский национальный технический университет Эти причины можно разделить на следующие группы: 1. Нарушение технологии изготовления бетонных и железобетонных кон- струкций и применение материалов, несоответствующих предъявляемым тре- бованиям. Причинами разрушений сооружений может быть недостаточная морозостойкость их, применение цемента заниженного класса и не того вида, залежавшегося и потерявшего свои свойства. Возможно применение стали не того класса, уменьшение количества необходимой арматуры, а также приме- нение заполнителя заниженного качества. В процессе изготовления потери качества могут быть вследствие ошибок дозирования, при увеличении или уменьшении времени перемешивания бетонной смеси, из-за недостаточной степени уплотнения бетонной смеси, а также не выдерживания правильного режима тепловлажностной обработки. Повреждение сборных элементов воз- можно из-за того, что конструкции отпускаются с заводов при пониженной марочной прочности бетона, а также из-за превышения транспортных и мон- тажных нагрузок. 2. Разрушения гидротехнических сооружений, связанные с их конструк- цией, методами возведения и режимом эксплуатации. К ним относятся: а) рас- стройство стыков между блоками; б) возникновение нерасчетных, переход- ных гидравлических режимов, которые сопровождаются целым рядом небла- гоприятных для эксплуатации сооружений явлений: пульсация давлений, по- рождающая вибрацию; сработка уровня воды в верхнем бьефе и образование кривой спада или подпора; захлестывание входного отверстия; образования всплесков и волнений в нижнем бьефе – одной из причин разрушения крепле- ний и откосов канала; в) возникновение контактной и обходной фильтрации, в результате чего начинается интенсивный вынос грунта из зоны контакта "бе- тон сооружения – грунт"; г) отступление от проектных размеров при строи- тельстве сооружении: недостаточная длина креплений, недостаточное затоп- ление выходного отверстия в трубчатых сооружениях, несовпадение оси со- оружения с осью отводящего канала, выполнение отдельных частей сооруже- ний с заниженными или завышенными отметками и т.д.; д) низкое качество выполнения работ при строительстве сооружений: плохое уплотнение осно- вания сооружений, грунта в пазухах, неплотная заделка стыков при монтаже, плохо выполненная гидроизоляция. Чем выше плотность и меньше водопро- ницаемость бетона, тем больше возможность повысить его долговечность. 144 УДК 620.92 Тема воды в концепции национального павильона Беларуси на EXPO-2015 в Милане Гатилло А.С.*, Гатилло С.П.** *Белорусский государственный университет **Белорусский национальный технический университет С темой «Накормить планету, энергия для жизни» выставка «ЭКСПО 2015 в Милане» предложила странам и международным организациям платформу для обсуждения и поиска ответов на эти важные вопросы. Здесь можно было представить наилучшие примеры практической дея- тельности и установить руководящие принципы на будущее. Участники продемонстрировали свое видение и решение данных проблем через рабо- ту павильонов и специальные мероприятия, а ООН, с помощью Продо- вольственной и сельскохозяйственной организации, в партнерстве с орга- низаторами, работала над содержанием тематических площадок и вовле- кала посетителей в свою программу «Нулевой голод». Экспозиции, деба- ты, конференции, концерты и дегустации блюд дали посетителям практи- ческий опыт погружения в вопросы питания. На выставке ЭКСПО 2015 в Милане было представлено 137 стран, из них 53 национальных павильона и 84 страны в кластерах (всего 9 тематических кластеров). Кроме того, на выставке были представлены павильоны Организации Объединённых На- ций и Евросоюза. Свои отдельные экспозиции представили также различ- ные компании. Одним из 53 национальных павильонов был павильон Рес- публики Беларусь. Павильон Беларуси полностью отвечает задачам вы- ставки как с точки зрения ее идеологии, так и с точки зрения оформления. Беларусь для ЭКСПО-2015 построила павильон с названием «Колесо жиз- ни». Внешне он стилизован под мельницу, которая стоит на небольшом зеленом холме с протекающей у его подножия речкой. Этот холм – полно- стью искусственный, на самом деле, это здание, внутри которого располо- жены выставочные пространства, магазин, ресторан, а также конференц- залы. Холм разделен на две части рекой, которая протекает между поло- винками, над рекой закреплено мельничное колесо, приводимое в движе- ние протекающей по нему «электронной водой». Пройдя под колесом жизни по руслу реки, посетители белорусского па- вильона попадают внутрь выставочной части павильона, где они могут узнать о Беларуси. Эта часть экспозиция представлена в виде штольни со- ляной шахты. Первое, чем их удивляют экскурсоводы-переводчики – это информация о запасах пресной воды в Беларуси, о большом количестве рек и озер в стране. 145 УДК 620.91 К вопросу о введении квот на строительство электростанций на возобновляемых источниках энергии Смирнов А.И.*, Гатилло С.П.**, Моргунов С.В.** *НПООО «Малая энергетика» **Белорусский национальный технический университет Политика энергосбережения, проводимая в Республике Беларусь, преду- сматривает в качестве одного из направлений использование для выработки электроэнергии возобновляемых источников энергии (ВИЭ). На 1 декабря 2015 г. в Республике Беларусь действуют: 51 гидроэлектростанция суммарной установленной электрической мощностью около 34,6 МВт; 50 ветроэнергети- ческих установок суммарной электрической мощностью около 29 МВт; 29 фотоэлектрических станций суммарной электрической мощностью около 12,8 МВт; 17 биогазовых установок суммарной электрической мощностью около 22,7 МВт [1]. Доля электроэнергии, выработанной на гидро-, ветро- и солнеч- ных электростанциях, составляла в 2010 году 0,1 процента от объема произ- водства электрической энергии, в 2014 году – 0,7 процента. По приведенным выше данным видно, что прогресс в развитии ВИЭ есть. Но полученный ре- зультат, к сожалению, еще уступает тому уровню использования ВИЭ для получения электроэнергии, который достигнут во многих странах Европы. До сих пор развитие энергоисточников с участием ВИЭ шло инициативным пу- тем с получением разрешений на строительство без ограничения мощностей в целом по стране. Сейчас принято решение придать этому процессу несколько иной путь, что выразилось в создание системы квотирования по каждому из видов ВИЭ и распределению их на конкурсной основе государственной ко- миссией. При этом определены критерии оценки выбора претендентов на кво- ты, по которым будет назван победитель конкурса. Одним из основных кри- териев при этом является размер предлагаемого коэффициента к тарифам на продажу электроэнергии [2]. В качестве максимальных значений коэффици- ентов, по всей видимости, необходимо использовать значения коэффициентов по постановлению Министерства экономики Республики Беларусь от 07.08.2015 № 45. Литература 1. Государственная программа «Энергосбережение» на 2016-2020 годы. Постановление Совета Министров Республики Беларусь 28.03.2016 № 48. – 44 с. 2. Об установлении и распределении квот на создание установок по ис- пользованию возобновляемых источников энергии. Постановление Совета Министров Республики Беларусь 06.08.2015 №662. – 10 с. 146 УДК 626.8 Регенерация водозаборных скважин реагентным методом Медведева Ю. А. Белорусский национальный технический университет При интенсивной круглосуточной эксплуатации высокодебитных водо- заборных скважин и продления их срока службы предлагается способ реа- гентной регенерации скважин путем бурения в ближней зоне регенери- руемой скважины дополнительных мелкотрубчатых скважин и осуществ- ления циркуляции реагента между регенерируемой скважиной и мелко- трубчатыми скважинами (рисунок 1). Для описания установившегося промывного фильтрационного потока и расчета понижений уровня в раз- личных точках прифильтровой зоны регенерируемых скважин, пробурен- ных в напорных водоносных пластах, получена зависимость ),ln 1 ln( 4 ) 25,2 ln 125,2 (ln 4 2 1 2 1 22 i n i н n i i н n r mk Q at nr at mk Q S ρ π ρπ ∑ ∑ = = +−= =−= где r – расстояние от восстанавливаемой скважины радиусом rc до точки, в кото- рой определяется понижение; iρ – рас- стояние от i-й циркуляционной трубки до точки, в которой определяется пони- жение; t – время; a, k – коэффициенты пьезопроводности и фильтрации грунта; m – мощность пласта. Выражение (1) позволяет построить гидродинамическую сетку фильтрационно- го потока, необходимую для нахождения скорости движения реагента в «кольмата- ционном кольце». Расчеты показали, что из условий обеспечения равномерной промывки за- кольматированного фильтра восстанав- ливаемой скважины при Q=const, k=const и m=const необходимо пробу- рить минимум три дополнительные скважины для равномерной и эффек- тивной обработки реагентом. Рисунок 1 Технологическая схема промывки скважины 147 УДК 628.112 Ремонтопригодные высокодебитные скважины Ивашечкин В. В., Хаврукова А.Н., Магарян М.П. Белорусский национальный технический университет Большинство высокодебитных скважин городских водозаборов г. Мин- ска – это скважины глубиной 60-70м с фильтрами диаметром 325мм, установ- ленными на сплошной эксплуатационной колонне, выведенной на устье сква- жины. Фильтр здесь имеет гравийно-песчаную обсыпку, а эксплуатационная колонна снаружи обсыпана песком. Такая конструкция практически неремон- топригодна для проведения капремонта (реконструкции) путем извлечения фильтра и эксплуатационной колонны и их замены из-за значительных сил трения о грунт. В некоторых случаях кондуктор зацементирован и снаружи и внутри, что делает конструкцию скважины полностью неизвлекаемой. В тоже время стоимость тампонажа и бурения новой скважины существенно выше стоимости реконструкции старой, поэтому создание новых ремонтопригод- ных скважин актуально. Нами предложена скважина усовершенствованной конструкции. Новым в ней является то, что эксплуатационная колонна обсыпана снаружи не кварце- вым, а керамзитовым песком, который имеет меньшую насыпную плотность и поэтому его можно легко размыть и извлечь с помощью эрлифта перед подъ- емом всей конструкции. Для этого помещают эрлифт с размывающими насад- ками сверху на керамзитовый песок и, постепенно смещая эрлифт вниз, уда- ляют из затрубного пространства керамзитовую засыпку, а чтобы обеспечить устойчивость необсаженных стенок ствола, заполняют затрубное пространст- во глинистым раствором. В новой конструкции скважины отстойник закрыт снизу деревянной пробкой и под ним предусмотрена песчаная подушка тол- щиной 1,5-2 м. На устье скважины устанавливают буровой станок и долотом разбуривают деревянную пробку в отстойнике, а затем, используя расшири- тель, выбуривают песчаную подушку под отстойником. Устанавливают эр- лифт, откачивают гравийную обсыпку. Это позволяет удалить часть обсыпки, обжимающей фильтр и создать под ним полость. Затем ударным усилием или с помощью домкратов смещают фильтр вместе с эксплуатационной колонной вниз в полость под фильтром. Это позволяет срезать цементирующие связи между гравийной обсыпкой и фильтром и облегчить его последующее извле- чение. Затем тяговым усилием за низ отстойника с вибрацией поднимают всю конструкцию вместе с эксплуатационной колонной на поверхность. Выбури- вают старую закольматированную обсыпку и устанавливают новую фильтро- вую колонну. 148 УДК 628.112 Двухколонная водозаборная скважина Ивашечкин В. В., Курч А.Н., Осипов А.В. Белорусский национальный технический университет С целью экономии средств на строительство водозабора, вместо двух скважин, каптирующих по отдельности два гидравлически не связанных между собой водоносных горизонта с различными пьезометрическими на- порами, предложена конструкция скважины с двумя эксплуатационными колоннами в одном кондукторе (рисунок 1). 1 2 5 6 8 7 3 12 4 9 10 11 3 85 А-А АА 1- кондуктор; 2 - затрубная цементация; 3 – основная эксплуатационная колонна; 4 - подбашмачная цементация; 5 - дополнительная эксплуатационная колонна; 6 - фильтр эксплуатационной колонны; 7 - отстойник; 8 - гравийная обсыпка; 9 - надфильтровая колонна; 10 - фильтр дополнительной эксплуатационной ко- лонны; 11 - отстойник; 12 - сальник Рисунок 1- Конструкция двухколонной скважины Производят бурение ствола под кондуктор и после спуска его на забой цементируют. Вскрывают верхний водоносный горизонт. Опускают до- полнительную эксплуатационную колонну с фильтром и отстойником, ря- дом устанавливают основную колонну и производят ее подбашмачную цементацию. Производят обсыпку фильтра в верхнем горизонте. Через основную колонну опускают долото и, вскрыв нижний горизонт, обору- дуют его фильтром. В обоих стволах монтируют погружные насосы. Для двухколонной скважины требуется один павильон, что позволяет эконо- мить материальные средства и площади под застройку. 149 УДК 626.45 Волновые процессы в подходных каналах судоходных шлюзов Богданович М.И., Барскова А.С. Белорусский национальный технический университет Подходные каналы судоходных шлюзов, располагающиеся со стороны верхнего и нижнего бьефов, предназначены для обеспечения безопасного маневрирования судов при входе и выходе судов в шлюз и из шлюза и от- стоя судов в ожидании шлюзования. Наполнение водой камер большинст- ва шлюзов производится из верхнего подходного канала. Опорожнение - в нижний подходной канал. В каналах возникает волновое движение воды. Суда, находящиеся в них, подвергаются воздействию гидродинамической силы, которая изменяется по направлению и величине. Как и для камеры шлюза, оценка условий отстоя судов в подходных каналах выполняется путем сравнения максимальной расчетной гидродинамической силы, дей- ствующей на судно, с нормативным ее значением, вычисляемым по зави- симости, представленной в ТКП 45-3.04-171-2009. Расчетное значение си- лы определяется по не нормированным даже на уровне локальных норма- тивных документов методикам, основанным на гипотезе о том, что гидро- динамическая сила складывается из трех составляющих: P(x,t) = P1(x,t) + P2(x,t) + P3(x,t), где P1(x,t) - волновая составляющая гидродинамической силы, кН; P2(х,t) - составляющая гидродинамической силы, обусловленная сила- ми трения о корпус судна и лобового сопротивления, кН; P3(x,t) - составляющая гидродинамической силы, обусловленная нерав- номерностью распределения скоростей по глубине потока, кН; P3(x,t) = (α-1)P2(x,t), где α - коэффициент кинетической энергии потока; х - координата по оси, направленной вдоль канала; t - время. Расчет максимальной P(x,t) производится для момента времени t, соот- ветствующего моменту прохождения гребнем прямой волны створа с ко- ординатой х, совпадающей с координатой мидель - шпангоута расчетного судна, стоящего в подходном канале у причала. Остается не учтенной воз- можность возникновения интерференции и дифракции при волновом дви- жении, что приводит к несовпадению проектных и реальных условий от- стоя и движения судов в подходных каналах эксплуатируемых шлюзов. Поэтому разработка методик расчета гидродинамической силы, дейст- вующей на судно в подходных каналах при наполнении (опорожнении) камеры является важной задачей. Ее успешное решение позволит улуч- шить эксплуатационные характеристики шлюзов. 150 УДК 620.92 Перспективы развития гидроэнергетики в республике Беларусь Елисеев А.Е., Замотаев Л.А., Радайкина А.С. Белорусский национальный технический университет Республика Беларусь преимущественно равнинная страна, тем не менее, ее гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 850 МВт, в том числе техниче- ски доступная 520 МВт, а экономически целесообразная – 250 МВт. К началу 40-х годов 20-го века на территории Беларуси насчитывалось 1094 гидросило- вых установок. Массовое строительство гидростанций, в основном малых, было начато в 1935 г. Подавляющее количество ГЭС было разрушено во вре- мя Второй мировой войны. В первые годы после войны многие гидроэлектро- станции были восстановлены. К концу 1956 г насчитывалось 162 гидроэлек- тростанции общей установленной мощностью 11854 кВт. Однако по мере раз- вития централизованного электроснабжения и строительства крупных тепло- вых электростанций многие малые ГЭС были выведены из эксплуатации и демонтированы. В начале 90-х годов в нашей республике начался третий этап развития ма- лой гидроэнергетики, обусловленный, главным образом, желанием экономии органического топлива и экологической эффективностью возобновляемых ресурсов, в первую очередь, гидроэнергетических. Кроме того, современные достижения техники и автоматики средств управления позволяют преодолеть определенные недостатки, свойственные ранее действующим малым ГЭС, обеспечить их полную автоматизацию и улучшить показатели рентабельности за счет существенных сокращений эксплуатационных затрат. В настоящее время в стране работают более 40 малых ГЭС общей установленной мощно- стью более 15000 кВт. Основной гидроэнергетический потенциал сосредото- чен в основном на трех реках: Западной Двине, Немане и Днепре. На Запад- ной Двине намечено сооружение каскада из четырех ГЭС: Верхнедвинская, Полоцкая, Бешенковичская и Витебская, общей мощностью 122,5 МВт. На реке Неман намечено сооружение каскада из двух ГЭС: Гродненской и Не- мновской, общей мощностью 37,5 МВт. На Днепре намечено сооружение кас- када из трех ГЭС: Оршанкая, Шкловская и Могилевская, общей мощностью 14,9 МВт. На всех ГЭС напоры порядка 7-12 м (реки Западная Двина и Неман) и 4-7 м (река Днепр). Значительное затопление земель при этом не предусмат- ривается. В ближайшие 10 лет достаточно реально сооружение малых ГЭС на существующих водохранилищах, на притоках основных рек, а также на про- мышленных водосбросах, в частности на очистных сооружениях. С учетом указанных малых ГЭС общий гидроэнергетический потенциал можно будет оценить в размере 220 МВт. 151 УДК 621.315.614 Влияние структурных параметров геотекстилей на их водопроницаемость Митрахович А.И.*, Климков В.Т.**, Казьмирук И.Ч.* * РУП «Институт мелиорации» **Белорусский национальный технический университет Для регулирования водного режима переувлажненных почв в гумидной зоне применяют горизонтальный дренаж, эффективность которого обуславливается работой фильтров дренажных труб. В их качестве на пластмассовом дренаже применяют в основном геотекстили, которые должны удовлетворять ряду тре- бований по физико-механическим, фильтрационным и др. характеристикам. Фильтр должен задерживать частицы грунта, способные заилять дренажные трубы и обеспечивать вынос мелких частиц. Для предотвращения заиления дрен должны обеспечиваться соответствующие транспортирующие скорости потока. Минимально-допустимые скорости рекомендуются в глинистых и суг- линистых грунтах – 0,20 м/с, в суглинистых и песчаных – 0,30 м/с, в пылеватых – 0,40 м/с. Материал не должен пропускать частицы грунта более 0,1 мм. Коэф- фициент фильтрации его должен быть не менее 45 м/сут., с учетом его умень- шения за счет кольматации не более 50% . Фильтрационные характеристики материалов обуславливаются его структурой. Которая характеризуется в том числе и пористостью, которая зависит от диаметра элеиентарных волокон. Были проведены исследования отечественных и зарубежных гео- текстильных материалов, средние коэффициенты фильтрации их ко- лебались в пределах от 42 м/сут. до 86,7 м/сут. Под микроскопом ОМП-ДТ 7.216.009 ПС определены диаметры элементарных волокон и установлено влияние структуры геотекстиля на его коэффициент фильтрации. При увеличении диа- метра волокон до 40 микрон, коэф- фициент фильтрации увеличивается (см. рисунок 1). Дальнейшее его увеличение не оказывает существенного влия- ния на коэффициент фильтрации. Полученные результаты исследований по- зволят изготавливать для дренажа защитно-фильтрующие материалы, наибо- лее оптимальные по структурным параметрам и фильтрационным характери- стикам, что повысит его эффективность. Рисунок 1 – Зависимость коэффи- циента фильтрации геотекстиля от диаметра элементарных волокон 152 УДК 626.86 Процессы, вызывающие заиление дренажа Митрахович А.И., РУП «Институт мелиорации» Водоприемные отверстия дренажных труб при отсутствии защитных фильтров находятся в непосредственном соприкосновении с грунтом. При движении воды к ним происходит существенное сужение грунтового по- тока, увеличение скоростей фильтрации и возрастает напорный градиент. В околодренной области происходит фильтрационная деформация грунта, обусловленная суффозией мелких частиц, и может происходить истечение грунтовой массы в полость трубы через перфорационные отверстия пла- стмассовых труб. Результатом этих процессов является заиление дренажа. Наиболее подвержены процессам заиления дрены, уложенные в несвязные грунты. Применение защитного фильтра на дренажной трубе увеличивает эффективность ее работы за счет повышения водоприемной способности. Наличие его позволяет избежать сужения потока на входе в перфорацион- ные отверстия дрены и тем самым снизить градиенты напора вблизи них. Фильтр является преградой между фильтрационным потоком, несущим взвешенные частицы грунта и дренажной трубой, уменьшает скорость вы- носа мельчайших частиц из осушаемого грунта и задерживает те из них, которые могут осесть в полости труб, вызывая их заиление. Фильтр увели- чивает долговечность закрытой осушительной сети. Процесс кольматации фильтров происходит, если размеры его пор имеют недостаточную величину и дренаж укладывается в суффозионные грунты. Устойчивое сводообразование над водоприемным отверстием или за- щитным фильтром, препятствующее просыпанию и истечению грунтовой массы в полость труб происходит в случае, когда в грунте содержится дос- таточное количество сводообразующих частиц и сам фильтр не кольматиро- ван пылеватыми частицами грунта. Для выполнения этих условий необходи- мо, чтобы поры фильтра свободно пропускали пылеватые частицы, влекомые фильтрационным потоком, тогда над порами фильтра должно произойти сво- дообразование из оставшихся более крупных частиц скелета грунта. Размеры пор структурного фильтра должны иметь определенные границы, соответст- вующие по своим параметрам осушаемому грунту. Общие требования к фильтрам – их высокая водопроницаемость, дол- говечность. Коэффициент фильтрации фильтра должен быть не менее 45 м/сут. После завершения деформационных процессов в фильтрах и час- тичной их кольматации (не более чем на 50%) коэффициент фильтрации фильтра должен составлять не менее 20 м/сут (по данным А.И. Мурашко). 153 УДК 378.14 Опыт применения рейтинговой системы оценки знаний по учебным дисциплинам Селезнев В.И.*, Казьмирук И.Ч.** *Белорусский национальный технический университет **РУП «Институт мелиорации» Рейтинговая система оценки знаний является неотъемлемой частью учеб- ного процесса. Это система накопительного типа, которая отражает успевае- мость студентов, их творческий потенциал и дисциплинированность. Задачей рейтинговой системы является получение знаний студентами на протяжении всего учебного семестра. Ведется контроль посещения занятий, контроль про- верки знаний, получаемых студентами. Это важный стимул обучения и воспи- тания, которое выполняет следующие функции: констатация – фиксирование фактического уровня знаний; уведомление – сообщение результата заинтере- сованным сторонам; контроль – определение уровня подготовки каждого сту- дента, который позволяет избежать случайных ошибок; прямое воздействие — непосредственное регулирование учебной деятельности; стимул – стрем- ление лучше учиться, добросовестнее усваивать материал. У рейтинговой системы оценки знаний как и у любой другой системы существуют определенные противоречия, которые вызваны объективными причинами это: изначально различные способности студентов; различная базовая школьная подготовка, неодинаковые домашние условия усвоения знаний; а также расхождение целей субъектов образовательного процесса. Рейтинговая система эффективна по предметам, которые имеют как практические, так и лекционные занятия, которые оцениваются в конце учебного семестра дифференцированно. В состав проверки знаний по учеб- ным дисциплинам входят промежуточные контрольные и самостоятельные работы студентов. Пропуски занятий без уважительной причины учитывают путем вычитания 0,1 балла от рейтинговой оценки за каждый пропущенный академический час. Участие студентов в конференциях, написание ими сту- денческих научных работ, публикация статей и тезисов повышает на 1 балл итоговую оценку. Итоговая оценка учитывается преподавателем при ответе на экзамене (дифференцированном зачете). Если по учебной дисциплине в семестре не предусмотрена дифференцированная аттестация, то преподава- тель может учесть рейтинговые оценки по той же дисциплине в следующем семестре, где программой предусмотрены лекции. Из всех систем оценива- ния знаний, рейтинговая система позволяет более объективно подходить к процессу образования, стимулирует студентов к самообразованию, началу самостоятельной научно-исследовательской деятельности. 154 УДК [ 504.43.06 +556.388 ]: 550.42 Гидравлическая изоляция поземных вод от загрязнений радиоактивными отходами Рогунович В.П., Бобков А.И., Заяц М.Б. Белорусский национальный технический университет Для захоронений радиоактивных отходов, в которых загрязнения пред- ставляют опасность для биологической жизни, управление сводится, во- первых, к созданию практически горизонтального уровня грунтовых вод и, во-вторых, к поиску «безопасных» объектов и отводу в них загрязнений с помощью миграционных устройств. Специальными исследованиями уста- навливают расположение «безопасных» объектов. Из «безопасных» объек- тов строят миграционное устройство, входящее в днище захоронения. Плоское сечение по захоронению радиоактивных загрязнений 1 – локальный источник загрязнения, 2 – обсыпка из хорошо фильтрующего материала, например, щебня как «вечного» ма- териала, 3- миграционная устройство в «безопас- ные» объекты, 4 – дре- нажная система для уже существующих захороне- ний вместо горизонталь- ной подсыпки по дну за- хоронения хорошо фильт- рующими материалами Вокруг захоронения представлена обсыпка – 2 из хорошо фильтрующего материала, образующая вокруг захоронения систему сообщающихся сосудов. В захоронении уровень грунтовых вод близок к горизонтальному, поэтому горизонтальная конвективная мигра- ция сведена к минимуму. Однако при изменении уровня грунтовых вод вокруг захоронения и в захоронении возникает необходимость отвода за- грязненных вод из захоронения в безопасные места. Для выполнения этой функции строится миграционная труба 3. Загрязнения по миграционному устройству, поскольку коэффициент фильтрации щебня, а значит и ско- рость фильтрации, на несколько порядков больше чем окружающих захо- ронение грунтов. Таким образом, ограничивается попадание значитель- ных количеств загрязнений в среду активной биологической жизни. 155 УДК 631. 67: 633.172 Повышение эффективности крепления земляных каналов Рогунович В. П., Аль-Исса Махамад Ваэль, Шкадун А. И. Белорусский национальный технический университет Для поддержания каналов в работоспособном состоянии необходимы значительные затраты, поэтому создание эффективного крепления земля- ных каналов – важная задача. Особую роль ирригация играет в развиваю- щихся странах. Многие из них расположены в регионах с неблагоприят- ными климатическими условиями, как, например, Республика Сирия: ог- раниченное количество осадков, неравномерность их выпадения, высокие температуры не позволяют интенсивно без орошения развивать сельскохо- зяйственное производство, хотя при орошении земель имеется возмож- ность собирать 2 урожая в год. Существенно отметить, что канал как про- ектируемый объект в настоящее время рассчитывается не на силы, воздей- ствующие на канал как инженерную конструкцию, а на средние скорости потока. Однако опубликованные экспериментальные данные показывают, что касательные канала распределяются весьма неравномерно. Изложенное позволяет логично предположить, что целесообразно ук- реплять именно участок откоса, где касательные напряжения максималь- ны. Из рис. следует, что это нижняя половина откоса. Эти гипотеза проверялась экспериментальным исследованием в лабо- ратории гидротехнических сооружений Белорусского Национального Тех- нического Университета. Канал крепился, как показано на рисунке. После получения дан- ных наблюдений, произ- водится статистическая обработка результатов наблюдений, которая привела к следующему результату измерений: Незакрепленный ка- нал: 8.84г±3,15, р=0,95. Закрепленный канал: 4,08г±2,93, р=0,95. Из экспериментальных данных следует вывод: вынос влекомых нано- сов в закрепленном предлагаемым способом канале более чем в 2 раза меньше, чем в незакрепленном канале. Это позволяет утверждать, что экс- перимент был удачным. 156 УДК 626.8 Об эффективности реализации неотложных мероприятий по устранению недопустимых колебаний фундамента под турбоагрегат на Минской ТЭЦ-3 Повколас К.Э., Корбут О.Б., Пригодич И.Н. Белорусский национальный технический университет В октябре 2013 в подшипниках турбоагрегата ПТ-50 был отмечен рост значительный колебаний до 5,77 мм/с в осевом направлении, что превыси- ло предельную величину в 4,5 мм/с. Запущенный, после планового ремон- та в сентябре-октябре 2014 г., турбоагрегат был сразу же остановлен из-за больших осевых, горизонтальных и вертикальных колебаний. Колебания отдельных участков фундамента достигали 12 мм/с. Резонировали кон- сольные свесы, выполненные с нарушением действующих норм. Обследо- вание фундамента выявило ряд дефектов в виде сквозных трещин и про- штрабленных через несущую балку технологических отверстий. Авторами было предложено снизить их колебания за счет изменения уровня предна- пряжения в разгрузочных стойках, установленных под консольные свесы фундамента с наибольшим уровнем колебаний, и создания инерционной пригрузки на поверхности фундамента. Использовались грузы с суммар- ным весом около 2-х тонн в виде 3-х фундаментных стеновых блоков. Уровень преднапряжения стоек варьировался за счет поворота болтов в опорных базах. Для поиска оптимального приложения инерционного при- груза было выполнено около 10-ти перестановок грузов. На основании выполненных исследований сделаны следующие выво- ды: 1. Совместное изменение уровня преднапряжения стоек и выбор оп- тимального расположения грузов позволял уменьшить среднюю квадрати- ческую величину виброскорости (в осевом направлении для заднего под- шипника генератора) на момент окончания исследования на величину рав- ную около 1 мм/сек до приемлемого для эксплуатации уровня в 4,3 – 4,4 мм/с. 2. Для демпфирования колебаний фундаментов, имеющих поврежде- ния, в качестве неотложных мероприятий, целесообразно использование конструктивных временных мер в виде размещения преднапрягаемых сто- ек, подведенных под резонирующие консольные свесы. 157 УДК 628.112.24 Перспективы использования керамзитового песка в качестве обсыпки фильтров водозаборных скважин Магарян М. П. Белорусский национальный технический университет При производстве капитального ремонта скважин для уменьшения подъемных усилий при извлечении фильтров предлагается в качестве об- сыпки фильтра и эксплуатационной колонны вместо песчано-гравийного материала использовать керамзитовый песок, который представляет собой отходы производства керамзитового гравия. Керамзитовый песок обладает рядом положительных качеств. Во- первых, объемный вес керамзитового песка в 2 раза меньше чем у песчано- гравийного материала, применяемого для обсыпки: 0,7 г/см3 против 1,57 г/см3. Данная особенность позволяет существенно уменьшить горизон- тальное давление, передаваемое керамзитовой засыпкой в зоне кондуктора на эксплуатационную колонну. Это соответственно уменьшит силу трения на этом участке при подъеме колонны. Измеренный в опытах коэффици- ент трения между парой сталь – керамзит оказался на 15% меньше чем у пары сталь-гравий, из чего следует, что при прочих равных условиях подъемные усилия при извлечении колонны, обсыпанной керамзитовым песком, пропорционально уменьшатся по всей длине колонны. Во-вторых, малый удельный вес керамзитового песка позволяет производить его раз- мыв струями воды снаружи колонны и вынос восходящим потоком из прискважинной зоны на поверхность или при помощи откачки эрлифтом. Коэффициент фильтрации керамзитового песка крупностью 0,5-5мм про- изводства Петриковского керамзитового завода составил 0,62 см/с, что почти в 2 раза превышает аналогичный показатель у сеяного песка круп- ностью 0,8 - 2 мм из карьера Крапужино Минского района, широко приме- няемого для гравийных обсыпок буровыми организациями. К недостаткам керамзитового песка следует отнести более высокий коэффициент нерав- номерности частиц. Средний диаметр частиц керамзитового песка D50 = 2,25 мм больше чем у сеяного песка (D50 = 1,45 мм), что позволяет применять керамзито- вый песок в качестве гравийной обсыпки в более проницаемых пластах, сложенных среднезернистыми песками. Использование керамзитовой обсыпки позволяет снизить подъемные усилия при извлечении фильтровых колонн в процессе капитального ре- монта водозаборных скважин и дает возможность повысить их ремонто- пригодность. 158 УДК 631.674.5 Орошение сельскохозяйственных культур дождеванием Леонов А.Н.2, Басаревский А.Н.1, Кравцов А.М.2, Шахрай Д.С.2 1 РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» 2 УО «Белорусский государственный аграрный технический университет» Обеспечение продовольственной безопасности в государстве – одна из самых главных социально-экономических задач перед руководством и гражданами Республики Беларусь. Насколько продуктивно будет решаться данный вопрос напрямую зависит от потенциала сельскохозяйственного производства. Территорию Беларуси принято считать зоной рискованного земледелия. За 2015 год в стране выпало 541 мм осадков, что ниже нормы на 115 мм. Таким образом, остро встаёт вопрос сохранения урожаев в за- сушливые периоды, которые всё чаще случаются в стране. В связи с этим возникла необходимость решения актуальной задачи – развития систем водоснабжения в растениеводстве. В настоящее время в республике наблюдается тенденция к сокраще- нию орошаемых земель. Одной из причин этого является устаревший парк техники для орошения. Системы построены в основном в 1980 - 1990 годы начинают выходить из строя по причинам износа и истечения срока амор- тизации поливного и насосного оборудования. В нынешних условиях приобретает особое значение разработка дож- девальной техники, разработка новых технологий, а также совершенство- вание существующих технических средств и приемов повышающих пока- затели эффективности орошения сельскохозяйственных культур. На современном этапе необходимо ориентироваться на разработку оросительных машин нового поколения, позволяющих уже в первый год эксплуатации обеспечивать значительную экономическую отдачу и быст- рую окупаемость затрат на их введение. Основная тенденция – создание автоматизированных производительных технических средств для ороше- ния, при минимизации материально-технических, трудовых ресурсов и максимизации критериев безопасности, надежности, экологичности. Особый интерес представляет разработка позиционной широкозахват- ной дождевальной техники, в конструировании которой используются гибкие трубопроводы (полиэтиленовые, плоскосворачиваемые и др.) с на- моткой на барабан. Такое техническое решение позволит производить по- лив при движении по кругу или в процессе фронтального перемещения установки, применять новые прогрессивные схемы орошения, увеличивать расстояние между трубопроводами и гидрантами закрытых оросительных систем, повысить коэффициент использования земли на 3-5%. 159 УДК 628.3 Анализ применения схем водоподготовки на объектах теплоэнергетики Республики Беларусь Адиканко И.И., Дубенок С.А. РУП «Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов» Водоподготовка на объектах теплоэнергетики предназначена для: - получения обессоленной воды, используемой на восполнение потерь в пароводяном тракте энергетических котлов; - получения умягченной воды, используемой для подпитки теплосети. Принципиальная схема водоподготовки объектов теплоэнергетики Рес- публики Беларусь представлена на рисунке. Бак ИКВ М М ис хо дн ая в од а H-I A-I БД H-II A-II Na БХОВ БОВ В деаэратор Т/С Принципиальная схема водоподготовки ОСВ – осветлитель; Бак ИКВ – бак известково-коагулированной воды; М – механический фильтр; H-I, H-II – H-катионитовые фильтры первой и второй ступени; А-I, А-II – анионитные фильтры первой и второй ступени; Д - декарбонизатор; БД – бак декарбонизированной воды; Na – Na- катионитовый фильтр; БХОВ – бак химочищенной воды; БОВ – бак обессо- ленной воды. Наиболее технологически емким является процесс получения обессоленной воды. На объектах теплоэнергетики Республики Беларусь наибольшее распространение получила технология реагентного обессолива- ния на основе прямоточных ионообменных фильтров. Данный метод хоро- шо подходит для мало и среднеминерализованных вод, однако, введённые в эксплуатацию в 60-70-е гг. схемы водоподготовки не учитывают современ- ные доступные технологии по сокращению расхода воды на собственные нужды и сокращению расхода реагентов. С целью соответствия мировым тенденциям в области водоподготовки необходимо внедрение современных схем водоподготовки, снижающих воздействие на окружающую среду за счет повторно-последовательного использования сбросных вод, а также ра- ционального сочетания технологий обработки воды. обессоленная вода 160 УДК 628.543.1 Нормирование потерь и неучтенных расходов воды в системах коммунального водоснабжения Республики Беларусь Дубенок С.А., Голод Ю.В. РУП «Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов» Нормирование водопользования на предприятиях водопроводно- канализационного хозяйства (ВКХ) и снижение потерь воды при ее добыче, водоподготовке и подаче потребителю является важной задачей. В Республи- ке Беларусь согласно данным Государственного водного кадастра потери и неучтенные расходы воды на предприятиях ВКХ составили в 2014 г. более 130 млн. м3 или около 20% от объема добытой воды. Расчёт норматива потерь и неучтенных расходов воды для предприятий ВКХ в Беларуси регламентиро- ван Инструкцией по расчету потерь и неучтенных расходов воды из систем водоснабжения населенных пунктов Республики Беларусь от 31 августа 2005 г. № 43, в соответствии с которой норматив потерь и неучтенных расходов воды на предприятиях ВКХ составляет от 10% до 39% от объема воды, по- данной в сеть водоснабжения. В Республике Беларусь в расчет норматива по- терь и неучтенных расходов воды входят следующие составляющие: потери воды из систем подачи и распределения воды (ПРВ) и неучтенные расходы воды. При этом, расчёт воды, затраченной на технологические нужды пред- приятий ВКХ, проводится по отдельной методике и составляет от 3% до 15% от объема воды, поданной в сеть водоснабжения. Расчет потерь воды в стра- нах ЕС схож с белорусской методикой и содержит следующие составляющие: физические потери (потери воды из систем ПРВ) и коммерческие потери (не- учтенные расходы воды). В Российской Федерации расчет норматива потерь и неучтенных расходов воды регламентирован Методическими указаниями по расчёту потерь горячей, питьевой, технической воды в централизованных сис- темах водоснабжения при ее производстве и транспортировке от 17 октября 2014 г., в соответствии с которыми в расчёт норматива входят как расходы и потери при производстве воды, так и расходы и потери воды при ее транспор- тировке потребителю. В Украине, по аналогии с российской методикой, в рас- чет норматива потерь и неучтенных расходов воды входят: технологические расходы воды, а также потери и неучтенные расходы воды. Главным отличием анализируемых методик, является совместный расчет норматива технологических расходов воды совместно с расчетом потерь и неучтенных расходов воды в России и Украине и отдельные расчёты указан- ных составляющих в Беларуси и ЕС. 161 УДК 628.112 Подбор насосного оборудования для установки закачки избыточных рассолов калийных производств Шейко А.М. Белорусский национальный технический университет Для утилизации образовавшихся отжимных рассолов, избыточных ма- точных растворов технологии обогатительной фабрики предусматривается строительство установки по закачке избыточных рассолов (УЗИР) в нагне- тательные скважины. Учитывая опыт эксплуатации действующих УЗИРов ОАО "Беларуськалий" на 2РУ и 3РУ, для утилизации рассолов необходимо строительство комплекса сооружений. К таким сооружениям относятся: насосная станция подачи рассолов, магистральные трубопроводы, насосная станция закачки рассолов в нагнетательные скважины. Для подбора насос- ного оборудования насосных станций УЗИРа принимаются следующие ха- рактеристики рассола, подлежащей закачке: плотность 1,20 т/м3; кинема- тическая вязкость 1,63 мм2/с; содержание твердых частиц в среднем состав- ляет 11 мг/л. Расчетный расход определяется исходя из максимальной воз- можной аккумуляции поступающих на рассолохранилище рассолов с уче- том атмосферных осадков. Насосная станция подачи рассолов необходима в случае значительного удаления куста нагнетательных скважин от рассоло- хранилища. Подбор насосного оборудования сводится к определению пол- ного напора с учетом потерь напора по длине магистральных трубопрово- дов. Насосные агрегаты могут располагаться на передвижных платформах на открытом воздухе и перемещаются в зависимости от уровня рассолов. Насосная станция закачки рассолов в нагнетательные скважины обору- дуется высоконапорными насосными агрегатами. Количество насосных аг- регатов определяется исходя из расчетного расхода закачки с учетом плано- вых ремонтов нагнетательных скважин. Напор насосных агрегатов, исходя из опыта эксплуатации насосных станций по закачке избыточных рассолов 3РУ ОАО «Беларуськалий», не должен превышать 3,0 МПа из условия не- допущения давления на устьях скважин выше 4,5 МПа. Под действием раз- виваемого насосными агрегатами напора происходит закачка рассола в на- гнетательные скважины. Принятые параметры насосных агрегатов, трубо- проводной арматуры и контрольно-измерительных приборов подлежат уточнению после сооружения нагнетательных скважин и проведения на них комплекса опытно-фильтрационных исследований с определением факти- ческих данных по закачке рассолов. 162 УДК 628.212.2+551.582.1 Влияние климатических изменений на режим отведения поверхностных сточных вод Ануфриев В.Н., Минина Е.О. Белорусский национальный технический университет Одним из существенных источников загрязнения водных объектов яв- ляются поверхностные сточные воды, образующиеся на территориях горо- дов и промышленных предприятий в результате выпадения осадков и по- лива территории. В настоящее время в стране одним их приоритетных на- правлений охраны окружающей среды является защита водных объектов от загрязнения, разработка и внедрению на промышленных предприятиях современных систем водопользования, ускорение строительства водоох- ранных сооружений. В соответствии со Стратегией в области охраны окружающей среды Республики Беларусь до 2025 года должна быть обеспечена очистка дож- девых и талых вод в населенных пунктах с численностью населения более 50 тыс. человек, курортных и промышленных зонах. Таким образом, пред- полагается масштабное строительство систем дождевой канализации и очистных сооружений поверхностных сточных вод, определение парамет- ров которых основано на оценке гидрометеорологических характеристик осадков. Поэтому совершенствование расчетных зависимостей по опреде- лению расходов и объемов поверхностных сточных вод являются актуаль- ным направлением исследований. На территории Республики Беларусь, как и во всем мире, наблюдаются климатические изменения, заключающиеся в повышении среднегодовой температуры воздуха, сокращении периода с устойчивым снежным покро- вом, изменении количества осадков и их распределения. Наблюдается тен- денция к увеличению количества осадков в летний период и их сокраще- ние зимой и весной. Указанные процессы влекут изменения в нагрузках на системы дождевой канализации населенных пунктов. Снижаются пиковые расходы талых сточных вод вследствие многочисленных оттепелей и неус- тойчивости снежного покрова, приводящих к периодическому поступле- нию талых сточных вод в канализацию в течение всего зимнего периода и как результат отсутствие высоких расходов таких сточных вод в период марта-апреля, когда наблюдалось интенсивного снеготаяние. С другой стороны увеличилась контрастность распределения осадков в летний пе- риод, с увеличением числа ливней с чрезмерно высокой интенсивностью выпадения дождей. 163 УДК 628.2(083.74) Проектирование канализационных насосных станций с погружными моноблочными насосными агрегатами Ануфриев В.Н., Пацинко А.И. Белорусский национальный технический университет Канализационные насосные станции (КНС) являются неотъемлемым элементом систем канализации, обеспечивающих надежность и беспере- бойность их эксплуатации, экологическую и санитарно-гигиеническую безопасность. Ежегодно в Беларуси перекачивается более 1500 млн. м3 сточных вод. Даже при снижении удельного водоотведения указанный показатель будет возрастать в связи с развитием населенных пунктов, ус- ложнением их инженерной инфраструктуры. КНС наряду с очистными сооружениями сточных вод, являются основными потребителями энерго- ресурсов при эксплуатации систем водоотведения. В связи с чем, приме- нение устаревших технических решений снижает эффективность проекти- рования строительства и реконструкции очистных станций, приводит по- вышенному расходу энергоресурсов и снижению показателей энергоэф- фективности систем Практика проектирования и строительства КНС в те- чение продолжительного периода времени основывалась на использовании консольных насосов и вертикальных насосных агрегатах с трансмиссион- ным валом, оснащенных общепромышленными электродвигателями с воз- душным охлаждением, что и отражалось в нормах проектирования. Дан- ные технические решения повсеместно встречаются и в современных про- ектах, хотя в части обеспечения надежности и энергоэффективности эти решения уже являются устаревшими. За последнее время в Республике Беларусь стало доступным современное оборудование для КНС, насосы, в том числе блочного исполнения, с режущими механизмами, устойчивые к засорению, а также устройства контроля, защиты и автоматики, комплект- ные КНС заводского изготовления. Часть оборудования из указанного списка производится белорусскими предприятиями. Канализационные на- сосы, в том числе погружного исполнения, с различными типами рабочих колес, с двигателями, оснащенными встроенными системами охлаждения, которые остаются работоспособными даже при полном затоплении ма- шинного помещения КНС, позволяют решать задачи по водоотведению на более высоком техническом уровне. Таким образом, совершенствование проектирования канализационных насосных станций с моноблочными насосными агрегатами, а также мето- дов их расчета, позволяющих повысить эффективность их работы является весьма актуальной задачей. 164 УДК 628.112 Экспериментальные исследования реверсивно-реагентного метода регенерации скважин Иванова И.Е. Белорусский национальный технический университет Предложена установка для реверсивно-реагентной регенерации водозабор- ных скважин, состоящая из компрессора, шлангов и погружного устройства, выполненного в виде двухкамерного пневматического насоса вытеснения (см. рисунок 1). Рабочей средой, осуществляющей реверсивное дви- жение реагента в камерах погружного устройства, стволе скважине и прифильтровой зоне, является сжатый воздух, подаваемый из ресивера компрессо- ра. Давление и расход сжатого воздуха будет зави- сеть от глубины установки и геометрических разме- ров фильтра скважины, фильтрационных парамет- ров гравийной обсыпки, геометрических размеров погружного устройства, величины задаваемой скоро- сти фильтрации в гравийной обсыпке. Для установ- ления этой взаимосвязи весь путь движения сжатого воздуха и реагента разбивается на три участка, ле- жащих между сечениями K-K, 1-1, 2-2 и 3-3. Движе- ние считается установившимся. Необходимое давление компрессора находим из уравнений Д. Бернулли, записанных для сечений K- K, 1-1, 2-2, 3-3: pк=ρжg(H+3Z+a+hгр.обс+hф1+hф2+hотв1+hотв2)+ +ρвозд1g(hтр.возд1+hвход)++ρвозд2g(hтр.возд2+hвыход) (1) где рк – давление создаваемое компрессором; ρж – плотность реагента в водозаборной скважине; ρвозд1, ρвозд2 – плотность воздуха в воздуховодах; Н – расстояние от сечения 1-1 до сечения 0-0; Z – вы- сота слоя реагента в нижней камере; hтр.возд1, hтр.возд2 – потери напора в воздуховодах; hвход – потери напора на входе воз- духа в камеру; а – расстояние между двумя камерами; hгр.обс – потери напора реагента в гравийной обсыпке; hф1 , hф2 – потери напора на первом и вто- ром участках фильтра соответственно; hотв1 , hотв2 – потери напора реагента после прохождение первого и второго отверстий в камерах соответствен- но;hвыход – потери напора на выходе воздуха из камеры в воздуховод. 1,2 – нижняя и верхняя камеры; 3,4 - воздуховоды; 5,6- плавающие шаровые клапаны; 7,8 – отверстия в камерах; 9, 10 – вентили; 11,12 – сбросные вентили; 13 – компрессор; 14 – гравийная обсыпка. Рисунок 1 – Схема установки для регенерации скважин 165 УДК 628.161.2 + 504.062.2 Оптимизация основных параметров водохозяйственного комплекса в бассейнах малых рек Вьетнама Фам Нгок Киен Белорусский национальный технический университет Оптимизация параметров водохозяйственного комплекса (ВХК) в бас- сейнах не только больших и средних, но и малых рек актуальна не только во Вьетнаме, но и во многих регионах других государств. В бассейнах ма- лых рек регионов с интенсивным развитием орошения и ограниченными водными ресурсами самыми важными параметрами ВХК являются: ем- кость водохранилища и площадь орошаемых земель. Для обоснования этих параметров может быть использован разработанный автором и пред- ставленный на конференции 2015 года следующий критерий оптимизации: минимум регулируемого объема речного стока на единицу орошаемой площади. В настоящем докладе кроме общего алгоритма оптимизации приводятся условия применения предлагаемого критерия, состав необхо- димых исходных данных и анализируется влияние основных факторов на выбор оптимального решения, т.е. на определение оптимальной емкости водохранилища и площади орошаемых земель. Предлагаемый критерий и алгоритмы оптимизации применяются в ус- ловиях, когда лимитирующим водопользователем является орошение, а требования других участников ВКХ (предотвращение затоплений, водо- снабжение населения и промышленности, рыбное прудовое хозяйство и обеспечение минимальных расходов воды в руслах рек для рекреационных и других целей) учитываются в виде нормируемых ограничений. Необходимые для оптимизации основные исходные данные: потребно- сти в воде на нужды орошения в зависимости от осадков, выпадающих в вегетационный период; требования других водопользователей; ресурсы речного стока по месячным или декадным интервалам времени в расчет- ный маловодный год; морфометрические характеристики водохранилищ и затапливаемых пойм рек; зависимости потерь на фильтрацию и дополни- тельное испарение с поверхности водохранилищ от их полезного объема. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: 1)наибольшее влияние на величину критерия оптимизации оказывают мертвый объем водохранилища (зависящий от заиления), потери на фильтрацию и дополнительное испарение, а также режим речного стока; 2)при прочих равных условиях оптимальный полезный объем водохрани- лищ в бассейнах рек Беларуси меньше, чем во Вьетнаме из-за особенно- стей режима речного стока и морфометрических характеристик пойм. 166 УДК[574+504](576) Оценка экономической эффективности дамб обвалования технологических прудов, имеющих уположенные откосы Левкевич В.Е. Белорусский национальный технический университет Создание водных объектов – прудов различного типа, водохранилищ требует на отдельных участках побережья берегоукрепительных работ, а также ряда защитных мероприятий. На водохранилищах (прудах) наливно- го типа осуществляется строительство подпорных дамб по периметру во- доема. В Беларуси для защиты верховых откосов дамб и плотин, а также размываемых берегов водохранилищ применяются различные типы бере- гозащитных мероприятий, На ряде объектов республики осуществлено строительство сооружений в виде дамб обвалования с уположенными от- косами, которые достаточно хорошо зарекомендовали себя в эксплуата- ции. Так земляные сооружения с уположенными верховыми откосами применены при строительстве водохранилищ «Селец» на р.Ясельда, «Руд- ня», «Зельва», «Левки», «Горочичи», «Загатье», «Муровно» и ряде других. При всех своих несомненных достоинствах сооружения распластанно- го профиля в ряде случаев имеют местные размывы верховых откосов, по- явление которых обусловлено различными причинами. Простейшим и наиболее распространенным способом оценки эконо- мической эффективности того или иного типа крепления является сравне- ние объема капитальных затрат на строительство берегозащиты по вари- антам. Если возможно выделить величину годовых расходов на экс- плуатацию плотины (а не всего гидроузла), сравнение экономической эф- фективности рассматриваемых вариантов сооружения следует выполнять путем сопоставления суммы капитальных вложений и эксплуатационных расходов, т.е: Пi = Mi + KiEн, где Пi - приведенные затраты по каждому варианту, руб./год; Мi - годовые эксплуатационные расходы (по вариантам), руб./год; Еи - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложе- ний (0,1...0,18); Кi - капитальные вложения по вариантам. Наилучший вариант крепления определяется с учетом критерия эф- фективности, рассчитанного выше, по которому и принимается оконча- тельный вариант берегозащиты. 167 УДК 627/831 Особенности проектирования резервных водосбросов Богославчик П.М. Белорусский национальный технический университет Резервный водосброс с размываемой грунтовой вставкой вводится в напорный фронт гидроузла с целью уменьшения опасности возникновения аварийной ситуации в случае большого катастрофического расхода, то есть для повышения надежности гидроузла в условиях паводка. Одновременно наличие резервного водосброса позволяет пойти на уменьшение пропускной способности основного водосброса, что может снизить единовременные затраты на строительство гидроузла. Эти аспек- ты определяют некоторые особенности проектирования подобных соору- жений. Следует иметь ввиду, что резервный водосброс должен рассматривать- ся как сооружение временное, которое включается в работу достаточно редко, только в аварийной ситуации при больших расходах и играет роль предохранительной вставки (по аналогии с системами электроснабжения). Поэтому затраты на его возведение могут быть минимальны. Однако при каждом срабатывании резервного водосброса требуются затраты на его восстановление. При увеличении частоты его срабатывания эти затра- ты значительно увеличиваются. Эта частота зависит от соотношения про- пускных способностей основного и резервного водосбросов, сумма кото- рых равна расчетному паводковому расходу. Оптимальное соотношение определяется на основании анализа приве- денных затрат по этим двум сооружениям для различных вариантов, опре- деляемых по формуле: З = П + Ен К0 , где З – приведенные затраты; К0 – капиталовложения; П – текущие (экс- плуатационные) затраты; Ен – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений. Определив приведенные затраты строится график оптимизации пропу- скной способности основного и резервного водосбросов (рис. 1), позво- ляющий установить их оптимальное соотношение. На графике: 1 – сум- марные затраты; 2 – затраты по основному водосбросу; 3 – то же по ре- зервному; 4 – кривая обеспеченностей максимальных расходов. 168 ЗЗМИН 1 2 34 p, % Q Q Qосн p pосн рез расч Q расч Рис. 1. График оптимизации основного и резервного водосбросов УДК 627.83 Технико-экономическое сравнения вариантов реконструкции ГЭС «Гонолес» Коревицкий Г.А., Моргунов С.В., Типляков Д.А. Белорусский национальный технический университет Гидроузел на водохранилище "Заславское" ВМВС был введен в экс- плуатацию в 1956 г. В состав сооружений гидроузла входит ГЭС "Гоно- лес". В 60-х годах прошлого века ГЭС была выведена из эксплуатации. В 1994 году ГЭС была восстановлена и эксплуатируется по сей день. В настоящее время, по данным отчета БНТУ "Исследование техниче- ского состояния сооружений гидроузла на водохранилище "Заславское" рекомендуется провести реконструкцию ГЭС с заменой устаревшего и вы- работавшего свой ресурс гидросилового оборудования. При разработке предпроектной документации "Реконструкция здания гидроэлектростанции "Гонолес" и водосброса-плотины на Заславском во- дохранилище Минский район, Ждановичский с/с, район д. Качино" были рассмотрены два варианта реконструкции ГЭС. Вариант 1. Замена существующей турбины на новую турбину мощно- стью N=250 кВт. Вариант 2. Строительство новой ГЭС (на новой площадке) с установ- кой двух вертикальных турбин с сифонным забором воды, мощностью N=2х110 кВт. При сравнении вариантов, при существующей системе тарифов на электроэнергию, с экономической точки зрения, предпочтительней оказал- ся вариант 2 строительство новой ГЭС на новой площадке. 169 УДК 697.95 Нормирование расходов приточного воздуха в помещениях зданий Борухова Л.В., Шибеко А.С. Белорусский национальный технический университет В теплопотерях современного здания большую часть составляют теп- лопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха (для жилых зданий доля достигает 60 %). Это связано с ужесточением норм по теплозащите зда- ний. Более 30 лет назад соотношение было противоположным: 66 % со- ставляли теплопотери через ограждающие конструкции, остальное – на нагрев воздуха. С точки зрения энергоэффективности существуют различные подходы для уменьшения теплопотерь на нагрев приточного воздуха. Первый под- ход заключается в проектировании централизованной приточно-вытяжной вентиляции в жилых зданиях, что приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат. Второй подход состоит в уменьшении потерь теплоты за счёт снижения расхода приточного воздуха. В настоящее время норма расхода приточного воздуха для жилых зданий устанавливается в размере 3 м³/ч на 1 м² жилой площади. Данный расход в и получен исходя из исследований немецкого гигиениста К. Флюгге. Он рассчитал так назы- ваемый «воздушный куб», задавшись выделением углекислого газа от че- ловека 40 г/(ч·чел.), концентрацией углекислого газа в наружном воздухе 0,73 г/м³ и допустимым содержанием во внутреннем воздухе 1,83 г/м³. От- сюда получается, что на 1 человека должно подаваться 36 м³/ч чистого воздуха. При принятой в СССР норме жилой площади 12 м² на человека и получается нормативный расход. Однако в Республике Беларусь обеспеченность жилой площадью со- ставляет 20 м² на человека. Взяв выделение СО2, как у Флюгге, и совре- менные рекомендуемые концентрации углекислого газа в наружном воз- духе, получим расход 40 м³/ч на человека. Разделив данный расход на обеспеченность получаем, что нормативный расход приточного воздуха должен составлять 2 м³/ч на 1 м² жилой площади, что даёт уменьшение расхода теплоты на нагрев воздуха в 1,5 раза. В результате расчёта для 9-этажного жилого дома было установлено, что показатель удельного расхода тепловой энергии на отопление и венти- ляцию при расчёте из расхода приточного воздуха 2 м³/ч на 1 м² жилой площади приблизительно в 1,4 раза меньше, чем при существующей нор- ме. К тому же, класс по энергоэффективности получился выше, при этом не произошло никаких изменений в планировке и конструкциях здания. Таким образом, существующая норма должна быть изменена. 170 УДК 629 735 Методы расчета и опыт применения текстильных воздуховодов в Республике Беларусь Борухова Л.В., Конаш С.В., Ширяков А.А. Белорусский национальный технический университет Текстильные воздуховоды могут одинаково хорошо использоваться как для транспортировки, так и для распределения воздуха. Различают при- точные текстильные системы распределения воздуха (текстильные возду- ховоды и воздухораспределители) и текстильные воздуховоды для вытяж- ки. Эта технология позволяет заменять традиционные металлические воз- духоводы на текстильные аналоги различных сечений. Распределение воздуха осуществляется сквозь материал, перфориро- ванный отверстиями различного диаметра, размещенными на ткани осо- бым образом. Варьируя размеры отверстий и их расположение, можно обеспечить бесконечное количество способов воздухораспределения, на- чиная с рассеивания с низкой скоростью и заканчивая целенаправленной подачей на большое расстояние. Для рассеивания воздуха предназначены малые отверстия диаметром 0,2-0,4 мм, которые называются микроперфо- рацией. Для направленной подачи воздуха используются ряды отверстий диаметром 4 мм и более, которые называются перфорацией. Достижение определенного значения скорости в рабочей зоне зависит от правильно подобранного способа раздачи воздуха. При необходимости можно комбинировать рассеянную и направленную подачу. Минимальное статическое давление, необходимое для поддержания правильной формы воздуховода, зависит от массы используемой ткани. Для легких материалов достаточно 20 Па, для средних и тяжелых 50 Па. Однако распределение давления по длине диффузора отличается от тради- ционного трубопровода за счёт снижения продольной скорости. Наиболее важными параметрами расчета воздухораспределительной системы на основе тканевых воздуховодов являются: - высота перекрытия; - перепад температур с учетом нагрузки в летний и зимний периоды; - геометрия участка (объекта) – его высота, ширина, глубина; - базовый диаметр воздуховодов, их количество, производительность; - Скорость движения воздуха в рабочей зоне: если объект не относится к особому типу, рабочей считается зона высотой 1 800 мм от пола. Ком- фортной в такой зоне считается скорость движения воздуха в диапазоне от 0,15 до 0,20 м/с. Другие значения определяются в соответствии с особен- ностями конкретного объекта. 171 УДК 697:620.97 Использование энергии солнца для подготовки воды систем горячего водоснабжения Протасевич А.М., Павленко А.В. Белорусский национальный технический университет Одной из важнейших задач в области энергетики является использова- ние нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в том числе и солнечной энергии, для горячего водоснабжения и отопления в жилищно- коммунальной и производственной сферах. Возможности использования энергии солнца для организации горячего водоснабжения (ГВС) рассмот- рены на примере здания административно-бытового назначения строи- тельным объемом 5526 м3. Объект исследований расположен в г.Мозыре. Приемниками солнечной энергии служат коллектора площадью 2,37 м2 с оптическим КПД η0 = 0,77 и величиной теплопотерь U = 0,0037 Вт/(м2⋅°С). Оптимальный угол наклона коллекторов для систем сезонного действия принят равным географической широте минус 15°С. Результаты расчетов показывают, что эффективное использование солнеч- ной энергии на ГВС для рассмотренного объекта составляет семь месяцев. Показатель март ап- рель май июнь июль ав- густ сен- тябрь суммарная радиация на наклонную поверхность, мЭβ , кВт⋅ч/м 2 месяц 54,9 69,5 103,6 105,9 102,4 93,38 67,1 Теплопроизводитель- ность коллектора, м полQ , кВт⋅ч/м 2 месяц 87,9 117,9 182,6 187,5 180,5 163,3 113,2 Теплопроизводитель- ность горячего водо- снабжения, ГВСQ , кВт⋅ч/ месяц 1083 1048 1083 1048 1083 1083 1048 Коэффициент замеще- ния, f 0,33 0,35 0,36 0,37 0,37 0,37 0,36 f ⋅ ГВСQ , кВт⋅ч/ месяц 358,4 363,5 391,7 386,0 402,1 399,6 376,2 Для остальных месяцев эксплуатации ГВС следует использовать бива- лентные схемы подготовки горячей воды 172 УДК 697.1.003.1 К вопросу о проектировании слоистых конструкций наружных стен зданий с применением штучных материалов Лешкевич В.В., Черванёва Е.А., Якимович Д.Д. Белорусский национальный технический университет Представлены результаты исследований теплотехнических характери- стик наружных стен 20-этажного каркасного жилого дома со стенами из поризованных керамических блоков. Целью исследований являлось выяв- ление причин высокой воздухопроницаемости наружных стен здания и разработка рекомендаций по нормализации их теплового режима. В результате первичного исследования определено значение приведен- ного сопротивления теплопередаче наружных стен квартир здания и выяв- лены причины его снижения. На основании этого принято решение о про- ведении ряда мероприятий, заключающихся в заполнении пенным утепли- телем мест возможного проникновения наружного воздуха внутрь конст- рукций стен. Повторные исследования показали значительное улучшение показателей, в результате чего было принято решение о распространении указанных мероприятий для всего здания. После выполнения строитель- ной организацией рекомендаций приведенное сопротивление теплопере- даче наружных стен здания составило 3,24...3,35 м2 ºС/Вт. Выявлены характерные особенности стен из поризованных керамиче- ских блоков: снижение термического сопротивления происходит по всей плоскости конструкции, а не только вблизи теплопроводных включений, а также наблюдается при более низких значениях температуры воздуха в смежных помещениях; количество и размер щелей в блоках таково, что при выполнении кладки происходят проваливания раствора в пустоты блоков; снижение термического сопротивления ограждения происходит за счёт конвективной составляющей тепломассопереноса в щелевой крупно- ячеистой конструкции, совмещенной с фильтрацией наружного воздуха внутрь помещений; аналогичная картина проявляется в кладке из керамзи- тобетонных блоков низкой плотности, щелевых силикатных блоков и не отмечается в заметной степени в конструкциях из блоков ячеистого бетона (газосиликат) и керамзитобетонных панелях высокой плотности. При проектировании и строительстве стен данной конструкций реко- мендовано: использование кладочных растворов высокой вязкости; ошту- катуривание кладки (до 2 мм) с обеих сторон; выполнение заделки дефор- мационных стыков выполнять с помощью пенного утеплителя; не допус- кать наличие полостей в местах стыков кладки с каркасом; исключительно качественное запенивание по контурам оконных проёмов. 173 УДК 697.9:536.2 Распределение приточного воздуха в крытом ледовом катке Захаревич А.Э. Белорусский национальный технический университет Обеспечение требуемых условий микроклимата в пространстве крытых ледовых катков является сложной технической задачей, поскольку в об- ласти ледового поля и в зрительской зоне необходимо поддерживать су- щественно отличающиеся значения температуры воздуха. Цель исследования – определить по результатам численного моделиро- вания влияние режима работы воздухораспределителей в зоне ледовой площадки крытого ледового катка, расположенного в Минске, на циркуля- цию воздуха и распределения температуры и влагосодержания. Расчетная область содержит фрагмент внутреннего пространства катка, представляющий собой половину зоны обслуживания двух воздухорас- пределителей ледовой площадки. С одной стороны расположена зритель- ская трибуна с шестью рядами мест. В пространстве между элементами ферм расположены воздуховоды приточных и вытяжных систем, а также светильники. Система кондиционирования воздуха К1 зоны ледового поля оборудована воздухораспределителями, которые позволяют задавать ко- личество воздуха, подаваемого вниз и через боковую поверхность в сторо- ны. Исследуются два варианта, отличающиеся способом подачи воздуха в зону ледового поля: 1) весь расход системы К1 подается вниз; 2) по 50 % расхода К1 вниз и в стороны. Система В1 расположена в противополож- ной стороне от трибуны и удаляет воздух в количестве, соответствующем расходу системы К1. Трибуна обслуживается системой кондиционирова- ния воздуха К2, представленной круглым воздуховодом с расположенны- ми на нем воздухораспределителями. Система В2 предназначена для уда- ления над трибуной воздуха в количестве, равном расходу системы К2. В первом варианте обнаружен вход приточных струй в игровую зону со скоростью выше нормируемой, при этом наблюдается локальный разогрев поверхности льда, что негативно отражается на его качестве и увеличивает нагрузку на холодильную машину. Для обоих вариантов характерно по- ступление холодного воздуха со стороны ледовой площадки в область нижних рядов трибуны, в то время как относительно теплые приточные струи системы К2, направленные в сторону третьего ряда зрительских мест, всплывают, не достигая трибуны. Рекомендуется организовать раз- дачу воздуха системы К2 в обслуживаемой зоне, например, под сиденья. Для исключения чрезмерных значений относительной влажности при рас- четных условиях теплого периода необходимо осушать приточный воздух. 174 УДК 697.341 Особенности проектирования вновь прокладываемых и реконструируемых теплосетей в РУП «БелНИПИэнергопром» Копко В.М., Щаулова Е.М. Белорусский национальный технический университет При проектировании тепловых сетей в проектной организации РУП «БелНИПИэнергопром» особенности заключаются в следующем: – как для вновь проектируемых, так и для реконструируемых теплосе- тей принимаются ПИ-трубопроводы, т.е. трубопроводы в оболочке из по- лиэтиленовых труб с пенополиуретановой теплоизоляцией, изготавливае- мых на предприятиях Беларуси; – проектируется преимущественно бесканальная прокладка, в соответ- ствии с Постановлением Совета Министров РБ от 27.12.2002 №1820, при этом руководствуясь нормативными документами ТКП 45-4.02-182-2009, ТКП 45-4.02-89-2007. Как правило, проектируется бесканальная прокладка открытым способом, как наиболее дешевая, с обязательной укладкой сиг- нальных лент над трубопроводами; прокладка в железобетонных каналах применяется при проходе трассы по территории школ и дошкольных уч- реждений, при пересечении всех улиц и дорог с интенсивным движением транспорта. В этом случае проектируются специальные скользящие опоры на бетонных плитах, разработанные «БелНИПИэнергопромом». В ряде случаев применяют открытый способ бесканальной прокладки в гильзах из стальных труб. При пересечении проспектов и улиц с интенсивным дви- жением транспорта применяют закрытый способ – продавливание или го- ризонтальное бурение. Для компенсации температурных удлинений, как правило, используют естественные повороты и «П»-образные компенсаторы с широким приме- нением компенсационных матов из различных синтетических материалов. Применение сильфонных компенсаторов ограничено экономическими соображениями. Ответвления от прямых участков, переходы диаметров, сопряжения с существующей теплосетью выполняются в соответствии с ТКП. В качестве запорной арматуры применяют преимущественно преди- золированные шаровые краны и затворы, устанавливаемые в типовых ка- мерах. Неподвижные опоры, разработанные «БелНИПИэнергопромом», устанавливают в определенных местах, указанных в нормативных доку- ментах. Система оперативного дистанционного контроля (ОДК) оформля- ется в виде отдельного проекта с использованием типовых решений, аппа- ратуры и отдельных элементов. 175 УДК 697.1 Возможность использования стеклянных трубопроводов в системах напольного отопления Лонская Т.Г., Корсун А.М. Белорусский национальный технический университет На современном рынке доступны разнообразные трубы отопления, ко- торые могут использоваться в стяжке пола. В основном, это полиэтилено- вые, металлопластиковые, полипропиленовые, медные трубы. Обзор областей применения стекла показал, что стеклянные трубопро- воды могут быть применены в напольном отоплении. Поэтому представ- ляется целесообразным проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку системы напольного отопле- ния из стеклянных труб. Анализ характеристик трубопроводов из различ- ных материалов позволил выделить основные преимущества стеклянных трубопроводов наряду с другими: распространенность сырья в условиях Республики Беларусь; сравнительно невысокая стоимость для применения на территории нашей страны по сравнению с медными трубами; полное отсутствие коррозии и диффузии кислорода; низкая тепловая инерцион- ность; сравнительно высокий коэффициент теплопроводности (для квар- цевого стекла 1,4 Вт/м∙0С); низкое гидравлическое сопротивление (коэф- фициент шероховатости кварцевых труб составляет 0,0001мм, что в не- сколько сотен раз меньше, чем для металлопластиковых или полиэтилено- вых труб); коэффициент термического расширения α исключительно мал (в интервале 20-8000С он составляет α=3,5∙10-4 мм/м∙град); экологичность; долговечность. Однако стекло обладает рядом недостатков: хрупкость, значительная чувствительность к механическим воздействиям, особенно ударным. Этого можно избежать предварительным изготовлением деталей и узлов в заводских условиях, монтажом труб из стекла готовыми узлами или блоками, максимальной механизацией работ, в том числе и на строи- тельной площадке; устройством противоударных и защитных оснований. Перечисленные приемы сократят сроки выполнения работ, затраты труда, повысят качество. Ведутся поисковые исследования по разработке наибо- лее рациональных типов соединений для монтажа напольного отопления из стеклянных трубопроводов. Выполнены расчетные исследования по тепловому расширению трубопроводов из различных материалов. 176 УДК 51-74:624.04 Численный и тепловизионный анализ теплопотерь индивидуального дома, построенного по технологии МБОО «ЭкоСтроитель» Кресова Е.В.1, Кужелко Д.Ю.1, Супринович Ю.Л.2 Международный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова БГУ1, Международное благотворительное общественное объединение «ЭкоСтроитель» 2 В настоящее время актуальным направлением жилищной политики яв- ляется «зелёное» строительство − вид строительства и эксплуатации зда- ний, воздействие которых на окружающую среду минимально. Его целью является снижение уровня потребления энергетических и материальных ресурсов на протяжении всего жизненного цикла здания: от выбора участ- ка по проектированию, строительству, эксплуатации, ремонту и сносу. Другой целью «зелёного» строительства является сохранение или повы- шение качества зданий и комфорта их внутренней среды. Распространение получает также «этническое» строительство. В рам- ках этого направления возрождаются такие направления, как дома из прессованных соломенных, соломенно-глиняных блоков и каркасные дома (по типу фахверка) с соломенно-глиняным заполнением с использованием скользящей опалубки, а также дома с применением тростника в качестве теплоизоляционного материала. В нашей стране направление экологически чистого индивидуального строительства наиболее активно развивает Международное благотворитель- ное общественное объединение «ЭкоСтроитель». В частности, им построе- ны индивидуальные дома в д. Стаховцы Мядельского района Минской об- ласти и в д. Старый Лепель Лепельского района Витебской области. Объект исследования настоящей работы – индивидуальный жилой дом, построенный по технологии МБОО «ЭкоСтроитель» в деревне Старый Лепель. Теплоизоляция дома выполнена 5-ю слоями тростниковых матов общей толщиной 250 мм. При исследовании объекта рассчитан удельный расход энергии на квадратный метр/год, проведено компьютерное моделирование и экспери- ментальные тепловизионные исследования его естественного охлаждения после отключения отопления. Результаты исследований свидетельствуют о минимальных теплопоте- рях через ограждающие конструкции. Установлено, что удельный расход энергии на отопление дома не превышает 50 кВт∙ч/м2, уменьшение темпе- ратуры внутри дома в течение суток – не более 7 ˚С . Научный руководитель работ: д-р техн .наук, проф. Кундас С.П. 177 УДК 697.3/.4:620.92 Системы теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии (опыт Норвегии) Станецкая Ю.А., Кундас С.П. Белорусский национальный технический университет В связи с подписанием Республикой Беларусь Парижского соглашения по климату 22.04.2016 г. вопрос увеличения доли использования возоб- новляемых источников энергии (ВИЭ) становиться еще актуальнее. Опыт Норвегии, в энергобалансе которой ВИЭ составляют 64,5% (данные Евро- стата за 2013 г.) и запланировавшей увеличение доли ВИЭ к 2020 г. до 67,5% может быть полезным и интересным для Республики Беларусь (РБ). Такие успехи Норвегии в области возобновляемой энергетики объяс- няются прежде всего большими ресурсами и вкладом в энергопотребление страны гидроэнергетики (98%). Имеющиеся в стране нефть и природный газ не используются для производства электроэнергии, большая часть экс- портируется, обеспечивая порядка 25% ВВП. Достаточно низкая себе- стоимость производства электроэнергии позволяет поддерживать один из самых высоких в мире уровней ее потребления. Системы теплоснабжения в Норвегии также строятся на основе ВИЭ, 49% теплопотребления обеспечивается за счет прямого сжигания про- мышленных и коммунальных отходов, производства биогаза. Нефтяное топливо может быть использовано только для покрытия пиковых нагрузок. Согласно требований «Новых технических строительных норм» (ТЭК10) для отопления зданий площадью свыше 500 м² доля энергии от ВИЭ должна быть не менее 60%, до 500 м² - не менее 40%. Централизованное теплоснабжение в Норвегии развивается по пути от- каза от строительства новых теплоэлетростанций за счет увеличения доли использования низкопотенциальной энергии (тепловые насосы) и повыше- ния эффективности работы и рентабельности уже существующих ТЭЦ, повсеместной модернизации теплосетей, снижения верхней температуры теплоносителя до 100-110°С. Преимущества централизованного тепло- снабжения в районах с плотной городской застройкой несомненны, под- ключение к системам централизованного теплоснабжения в некоторых регионах страны является обязательным. Децентрализованный способ теп- лоснабжения применяется для небольших населенных пунктов с низкой концентрацией населения. Анализ развития систем теплоснабжения Нор- вегии показал, что для РБ наиболее интересен может быть опыт примене- ния тепловых насосов на основе низкопотенциальной энергии земли и ка- нализационных стоков, а также биогазовых технологий. 178 УДК 621.577 Система теплоснабжения индивидуального жилого дома на основе теплового насоса Умецкий Е.А. Белорусский национальный технический университет Использование экологически чистых возобновляемых источников энергии при строительстве жилья в сельской местности является одним из актуальных направлений жилищной политики, направленной на широкое внедрение энергоэффективных стандартов. Целью настоящих исследований является анализ перспектив применения в нашей стране тепловых насосов в системах отопления индивидуальных жи- лых домов с разработкой реального проекта их использования. Показано, что в Республике Беларусь более перспективными являются тепловые насосов, использующие низкопотенциальную энергию земли (грунтовые зонды) и ок- ружающего воздуха. Однако, ввиду отсутствия отечественных производите- лей оборудования стоимость проектов пока относительно высокая. Объектом для практического применения теплового насоса является индивидуальный жилой дом, построенный из газосиликатных блоков с утеплением на основе матов из минеральной ваты. В работе представлены результаты расчетов удельного расхода тепло- вой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, а так же нагрузки на систему горячего водоснабжения объекта. На основе этих показателей произведен выбор оборудования системы теплоснабжения, а так же выполнен проект системы отопления и горячего водоснабжения. В качестве основного источника тепловой энергии выбран тепловой насос марки Nibe F1145-17 EXP, дополнительно укомплектован- ный модулем активного охлаждения HPAC. Отопление комнат общего пользования (санузлы, кухня и столовая) осуществляется с помощью сис- темы «теплый пол», жилые комнаты отапливаются фанкойлами марки LIEBERT-HIROSS FC 1.3-2Т совместно с радиаторами Kermi Therm Х2 (в летний период на их основе производится холодоснабжение) и радиатор- ное отопление подсобных помещений (гараж). Система горячего водо- снабжения включает бак для нагрева горячей воды с встроенным теплооб- менником S-TANK серии SS-HP. Показано, что эксплуатация тепловых насосов в системах теплоснаб- жения индивидуальных жилых домов максимально выгодна при их ком- плексном использовании (отопление, горячее водоснабжение, кондицио- нирования воздуха). Научный руководитель работ: д-р техн .наук, проф. Кундас С.П. 179 УДК 620.952; 620.953 Анализ потенциала и перспектив применения биогазовых технологий в Республике Беларусь Величко В.В., Кундас С.П. Белорусский национальный технический университет Исчерпаемость углеводородных источников энергии, вопросы энерге- тической безопасности и проблемы глобального изменения климата обу- славливают все более широкое применение возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Эта задача актуальна и для нашей страны, обладающей незначительными объемами собственных энергоресурсов (около 70% им- портируется). В Республике Беларусь на сегодняшний день основной вклад в развитие ВИЭ вносит биоэнергетика (использование древесного сырья в энергетических целях). Большое внимание уделяется также разви- тию биогазовых технологий. Так, по сведениям Департамента по энерго- эффективности в соответствии с Программой строительства энергоисточ- ников на биогазе на 2010-2015 гг. в стране введено в эксплуатацию 17 био- газовых установок общей мощностью около 24 МВт. Наиболее доступным сырьем для производства биогаза на территории Республики Беларусь являются стоки животноводческих ферм и комплексов. Исходя из данных РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельско- го хозяйства» энергетический потенциал использования биогазовых уста- новок позволит получать более 2,5 млрд м3 биогаза ежегодно. На его осно- ве возможна выработка 5 млрд. кВт∙ч электрической энергии и более 8,5 млн Гкал тепловой энергии. Для реализации такого потенциала суммарная установленная мощность биогазовых установок может составлять около 625 МВт и это позволило бы экономить 2,9 млн т.у.т. в год. В работе проведен анализ особенностей и эффективности эксплуата- ции, работающих в Республике Беларусь биогазовых установок, приме- няемого сырья, логистики его поставки, оптимизации состава исходя из максимального выхода биогаза, факторы, влияющие на процесс фермента- ции (наличие песка, антибиотиков в курином помете, аммиака и др.). По- казано, что одной из важных проблем эффективного использования биога- зовых технологий в сельском хозяйстве является применение вырабаты- ваемой тепловой энергии. Рассмотрены возможные направления решения этой задачи (сушка сельскохозяйственной продукции, твердого осадка ферментации, отопление парниковых хозяйств, самих ферм и т.п.). 180 УДК 696.2 К вопросу о расчете газопроводов высокого давления I категории из полиэтиленовых труб Артихович В.В., Волчек Е.А. Белорусский национальный технический университет В 2014 году на конференции были представлены результаты расчетов по определению потерь давления в газопроводах низкого, среднего и вы- сокого давления из полиэтиленовых труб. Для газопроводов высокого дав- ления расчеты были выполнены для труб с SDR 11. С 1 ноября 2015 г. на территории Республики Беларусь разрешено использовать полиэтиленовые трубы при давлении 1,2 МПа. В связи с этим возникла необходимость по- строения таблиц и номограмм для расчета газопроводов высокого давле- ния из полиэтиленовых труб с SDR 9. Распределительные газопроводы работают в турбулентном режиме, га- зопроводы высокого давления работают в режиме гидравлически шерохо- ватых труб. В этом случае все поперечное сечение газопровода, в том чис- ле и шероховатости, заполнены турбулентным течением. Гидравлический коэффициент трения λ и потери давления ΔP уже не зависят от числа Rе, а зависят от характера шероховатости внутренней поверхности газопровода и ее относительной величины kэ. На значения kэ влияют: изготовитель, способ соединения труб, марка материала, увеличение внутреннего диаметра трубы (из-за явления ползу- чести и с течением времени). Это увеличение составляет 1,5% за первые 10 лет эксплуатации и около 3% за весь срок. Таким образом, значение kэ является важным условием для определе- ния пропускной способности газопровода. При проектировании газовых сетей из полиэтиленовых труб kэ необходимо принимать для труб завода- изготовителя, чью продукцию предполагается использовать в проекте. При kэ = 0,002 см для полиэтиленовых труб получена зависимость для опреде- ления потерь давления в полиэтиленовых газопроводах высокого давления. По ней определен удельный среднеквадратичный перепад давления A, МПа2/км, для полиэтиленовых газопроводов высокого давления различно- го диаметра с SDR 9 при различных расходах стандартного природного газа (ρо = 0,73 кг/м 3). Полученные результаты сведены в таблицы и ис- пользованы для построения соответствующей номограммы. Данная номограмма может быть использована в дипломном проектиро- вании, в инженерной практике при проектировании межпоселковых газо- проводов высокого давления из полиэтиленовых труб. 181 УДК 330.33.012 Перспективы подписания международного соглашения по сокращению выбросов парниковых газов Бракович И.С. Белорусский национальный технический университет Киотский протокол, полное название которого – Киотский протокол к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата – это международный договор, названный в честь японского го- рода, в котором он обговаривался в декабре 1997 года, направленный на сокращение выбросов вредных газов, способствующих глобальному поте- плению. Протокол, который вступил в силу с 2005 года, призывает к со- кращению выбросов шести парниковых газов в 41 стране, а также в стра- нах Европейского Союза до 5,2 процента ниже уровня 1990 года во время периода действия принятых этими странами обязательств, а именно, в 2008-12 годах. Обязательное сокращение выбросов парниковых газов государствами- членами ООН, варьируется в зависимости от уникальных особенностей каждой страны. Другие страны, подписавшие протокол, в основном, это развивающиеся страны, не были обязаны ограничивать свои выбросы. Протокол вступил в силу в феврале 2005 года, через 90 дней после его ратификации, по крайней мере, 55 странами, что в совокупности составля- ло не менее 55 процентов общих выбросов диоксида углерода в 1990-е го- ды. В докладах, опубликованных в течение первых двух лет после вступ- ления договора в силу, указано, что большинство участников Протокола не сможет достичь своих целей по эмиссии. На 18-й Конференции Сторон, которая состоялась в столице Катара, Дохе, в 2012 году, делегаты договорились о продлении Киотского прото- кола до 2020 года. Они также подтвердили свои обязательства по 17-й Конференции сторон, которая была проведена в Дурбане, Южная Африка, в 2011 году, на которой обговаривались детали по созданию к 2015 году нового, всеобъемлющего, юридически обязательного договора по климату. В декабре 2015 года в Париже (Франция) прошла очередная конфе- ренция стран, подписавших Киотский протокол. Всего приняло участие более 190 делегатов. Консенсус по дальнейшей судьбе договора найден не был и в результате сложных переговоров пришли к созданию рабочей группы для подготовки окончательной редакции договора. Беларусь при- нимает на себя обязательство обеспечить к 2030 году выбросы парниковых газов на уровне не выше 75% от уровня выбросов 1990 года. 182 УДК 696/697 Энергоэффективные системы водяного отопления жилых домов и зональные системы Покотилов В.В., Рутковский М.А. Белорусский национальный технический университет Возобновляемая тепловая энергетика в основном являются низкопотенци- альной и реализуется с помощью тепловых насосов, утилизаторов тепловых сбросов, систем с аккумуляторами теплоты, гелиосистем и низкотемператур- ных конденсатных водогрейных котлов. Энергоэффективность возобновляе- мых источников энергии повышается с понижением расчётной температуры теплоносителя в системах теплоснабжения. Эти системы называют системами низкотемпературного отопления. Такие системы водяного отопления отлича- ются от традиционных систем методами проектирования и эксплуатации. В больших помещениях монтируют более двух отопительных приборов с установкой «термостата-регулятора» на каждом из них. Это неправиль- ное решение, так как здесь для одного объекта регулирования устанавли- ваются несколько регуляторов температуры воздуха. Правильное решение зонального отопления возможно только при условии применения одного регулятора в помещении. Например, на радиаторные клапаны можно уста- новить темоприводы, управляемые от одного регулятора, или же запроек- тировать отдельные гидравлические ветки отопления помещений с само- стоятельными зональными регулирующими клапанами. Для запыленных производственных помещений применяют системы с регистрами из глад- ких труб. Вместо традиционных систем предлагаем применять зональную автоматизированную систему отопления с опрокинутой циркуляцией. В этом случае отсутствует проблема скопления воздуха в регистрах, так как воздух удаляется в направлении движения теплоносителя. Одним из вариантов экономичных зональных систем является трехтрубная система водяного отопления. В системе для каждого потребителя реализуется режим качественного регулирования при неизменном расходе теплоносителя. При качественном регулировании температура воздуха изменяется за счёт изменения температура теплоносителя путём подмешивания обратного теп- лоносителя в смесительных трехходовых регулирующих органах. Особенности проектирования низкотемпературной системы отопления: 1. Исключается применение однотрубных систем. Следует проектиро- вать двухтрубные системы отопления; 2. Требуемые поверхности нагревательных приборов почти в 2 раза больше, поэтому следует применять пластинчатые конвекторы или невы- сокие радиаторы. 183 УДК 662/997:697.1 Способы модернизации инженерных систем усадебных домов с приоритетом возобновляемых источников энергии Покотилов В.В., Рутковский М.А. Белорусский национальный технический университет Инженерные системы современного европейского усадебного жилого дома проектируют с применением энергоэффективных насосов, контрол- леров и др. В Беларуси такие системы также применяют для теплоснабже- ния некоторых домов в городских поселках. Но такая система требует зна- чительных капитальных и эксплуатационных затрат и поэтому не может быть массовой для жителей агрогородков и белорусских деревень. Предлагаем для усадебных домов применение схемы, показанной на рис.1. Все характеристики такой системы не ниже характеристик класси- ческой европейской системы, в том числе и энергоэффективность. Рис.1. Схема теплоснабжения усадебного дома. 1–котел; 2-котел газовый; 3–бойлер; 4-гелиоколлектор; 5-расширительный бак мембранный; 6- предохранительный клапан; 7-трехходовой термостатический клапан; 8- расширительный бак; 9,10,11-пружинные обратные клапаны; 12-свечная труба В таком виде система является привычной для сельского жителя и безопасной при закипании воды в твёрдотопливном котле. Предлагаем использование дровяного котла также в качестве гидравлического разде- лителя. Это решение обеспечивает приоритетность использования твёрдо- топливного котла относительно газового в автоматическом режиме экс- плуатации. Такое решение является также простым способом присоедине- ния газового котла к существующей системе без демонтажа последней. 184 УДК658.26 Автономное энерго- и теплоснабжение усадебного дома с использованием солнечных панелей и теплового насоса Разуменко А.А. Белорусский национальный технический университет Цель работы: создание автономного энерго- и теплоснабжения усадеб- ного дома, полностью удовлетворяющего свои нужны в обеспечении элек- троэнергией, тепловой энергией для отопления и водоснабжения. Исполь- зуем фотоэлектрические панели, аккумулятор, стабилизатор. Для дома 150 м² с теплопотерями 8 кВт требуется электроэнергия 40 кВт-час в сутки. В качестве теплового насоса выбираем воздушно-водяной тепловой насос Octopus. На профиле образуется иней или лёд, который представляет со- бой для хладагента аккумулятор тепловой энергии. Максимальная эффек- тивность достигается при температуре наружного воздуха +5…-5 °С. Для системы отопления используем панельное отопление с контуром, проложенным в соломенно-глиняных перегородках. Панельное отопление хорошо сочетается с системой, включающей в себя тепловой насос, т.к. температура теплоносителя около 45°С. В качестве параллельного источ- ника тепла для водоснабжения и для приготовления пищи используем стальные водогрейные котлы-плиты TEMY Plus Р25. Предусматривается буферный бак на 1-2м3. Оценочная характеристика стоимости оборудования Наименование оборудования Цена за 1 ед. Схема энерго- и теплоснабжения Солнечные па- нели N=250 Вт - 160$; N=320 Вт - 220$ Тепловой насос 12,900 - 14,700$ Контроллер 100$ Аккумулятор 300$ Стабилизатор 550$ Котёл-плита 1,800 - 2,000$ Буферный бак 310-370$ 185 УДК 699.86 Способ определения сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции Сизов В.Д., Нестеров Л.В. Белорусский национальный технический университет Способ определения сопротивления теплопередаче ограждающих кон- струкций при различных, в том числе и тепловизионных, методах измере- ния температур поверхностей основан на предположении, что ограждаю- щая конструкция рассматривается как неограниченная пластина. Процесс нагрева (охлаждения) такой пластины при ГУ III рода для оп- ределения относительной избыточной температуры можно воспользовать- ся выражением: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 0 0 0 2 0 10 1 1 1 i i , , i n n n ni, , t t B A Sin exp F t t B τ τ τ τ η Θ ν η ν ∞ =∞ − ⋅ − = = − ⋅ ⋅ − × − ⋅  − + ∑ . (1) Из соотношения (1) следует, что относительная температура θ является функцией теплофизических характеристик ограждения, коэффициентов теплоотдачи у наружной поверхности и продолжительности измерений. Используя конкретные величины указанных характеристик ( экλ , a , экR , i B и 0F ) соотношение (1) можно записать в неявном виде: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 0 0 0 0 10 2 эк эк эк 1 1 1 i i , , n n, , i i t t R A Sin t t R exp C R τ τ τ τ α η Θ ν η α τ ν δ ρ ∞ =∞ − ⋅ ⋅ − = = − ⋅ ⋅ − ×  − ⋅ +   × − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅  ∑ . (2) Из выражения (2) видно, что, определив относительную температуру θ или темп охлаждения по результатам натурных измерений в любой момент вре- мени, пока тепловой потенциал не достиг внутренней поверхности пластины, можно определить и термическое сопротивление конструкции. Таким образом, можно сделать вывод, что расчетное соотношение (2) показывает адекватность проведенным натурным измерениям, а построен- ными по нему графиками можно пользоваться для контроля сопротивле- ния теплопередаче ограждающей конструкции. На способ определения сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции подана заявка на патент стран СНГ ЕА 149/15 от 27.11.15. 186 УДК697.358 Исследование влияния расхода и температуры теплоносителя на тепловой поток нагревательных приборов с использованием методов CFD-моделирования Соколов И.С. Белорусский национальный технический университет Визуализировать процесс затекания теплоносителя в отопительный прибор в натурных и лабораторных исследованиях практически невоз- можно. Поэтому знания о том, что происходит внутри прибора, до сих пор носят предположительный характер. В работе представлены результаты численного моделирования и экспе- риментальных исследований отопительного прибора (радиатора). Задача исследований заключается в создании методики, которая позволит заранее прогнозировать результат использования отопительного прибора в задан- ных рабочих условиях. В качестве объекта исследования был выбран 7-секционный алюми- ниевый радиатор Fondital. Численное моделированиепрогрева секций радиатора при натурных параметрах теплоносителя проводились с использованием программного комплекса Autodesk Simulation CFD с применением SST-модели турбу- лентности. Метод CFD моделирования позволяет получить визуальную картину полей переменных, таких как скорость и температура, в радиато- ре, а также численные значения этих переменных. Первым этапом при решении задачи численного моделирования явля- ется создание трехмерной геометрии с необходимой точностью. 3D модель объекта исследования строилась в AutoCAD и экспортирова- лась в AutodeskSimulation CFD. Второй этап – постановка задачи. На этом этапе задавались материалы радиатора и теплоносителя, а так же граничные условия для расчета. Третий этап – построение расчетной сетки со сгущением в местах кон- такта теплоносителя и стенок радиатора. 5 этап – расчет и анализ полученных результатов. Для верификации данных, полученных в результате численного моде- лирования, проводились экспериментальные исследования в испытатель- ной камере РУП «Институт БелНИИС». В работе представлены результаты оценки влияния расхода и схемы подключения отопительного прибора на тепловой поток. Результаты чис- ленного моделирования в AutodeskSimulation CFD хорошо согласуются с экспериментальными данными. 187 УДК 697.13/69.536.24.02 Использование современных тепловизионных приборов для теплового контроля теплоиспользующих объектов Сизов В.Д., Кудряшова А.О. Белорусский национальный технический университет В силу того, что государственная политика направлена на снижение энергопотребления существует необходимость контроля и снижения по- требления энергии теплоиспользующими системами и установками (сис- темами отопления, теплоснабжения, тепловыми установками, сушильными камерами и печами, и т.д.). Для определения энергоэффективности, в первую очередь, определяют фактические теплотехнические характеристики систем и установок в усло- виях их эксплуатации посредством выявления теплопотерь с наружных поверхностей теплоиспользующего оборудования и систем. В основном теплотехнические характеристики определяются с исполь- зованием тепловизионных устройств, которые входят в комплексы для определения теплотехнических характеристик. У комплекса приборов, используемых для этих целей и разработанных НИИЛСТИСЗ БНТУ совместно с Шандуньским компьютерным центром, данный каждого датчика (датчик теплового потока выполнен воедино с датчиком тепмпературы) поступают на индивидуальный радиопередатчик (узловые точки в помещении или узловые точки вне помещения) и посред- ством радиосигнала Wi-Fi поступает на центральный блок радиоприема и радиопередачи сигналов от узловых точек, где осуществляется как их ви- зуализация на экране прибора (для анализа результатов непосредственно в условиях объекта) так и передача этих сигналов посредством встроенного устройства связи стандарта GSM с последующим получением через ин- тернет на компьютер, который может располагаться где угодно. Такая схема организации получения и передачи результатов измерений позволя- ет располагать датчики не только в любом помещении исследуемого объ- екта, но и на любом этаже и в любой секции здания или зданий (в пределах достижения радиосигнала от радиопередатчиков). Помимо этого полученные результаты можно получить и проанализи- ровать не только в условиях объекта, но и что самое важное, в любой точ- ке земли, доступной для приема сигнала GSM или сети интернета. Это яв- ляется весьма важным обстоятельством при проведении измерений на объектах ограниченного (по времени) доступа или при неустойчивых внешних условиях, а кроме того, в любой момент можно проверить рабо- тоспособность как всего прибора, так и каждого датчика в отдельности. 188 УДК 697.341 Оптимизация систем теплоснабжения г. Костюковичи Акельев В.Д., Широкова Е.М. Белорусский Национальный технический университет В работе выявлены недостатки системы теплоснабжения г. Костюковичи, представлены мероприятия по ее оптимизации и рассмот- рены варианты строительства нового источника централизованного тепло- снабжения. Город Костюковичи – районный центр Могилевской области располо- жен в 160 км на юго-восток от города Могилев. Численность – 15,9 тыс. чел, общая жилая площадь – 440,1 тыс. кв. м. Особенностями схемы и системы теплоснабжения города являются от- носительно низкий уровень тепловых нагрузок и намечаемый их прирост, значительная удаленность источника централизованного теплоснабжения – Костюковичской котельной с повышенными затратами на транспорт те- пла, неполная обеспеченность жителей многоквартирных жилых домов централизованным горячим водоснабжением, преобладание мелких инди- видуальных теплогенераторов и отопительных печей на твердом топливе. В рамках оптимизации системы теплоснабжения города рассматрива- ются различные варианты ее развития: – модернизация существующей системы теплоснабжения от Костювич- ской котельной; – строительство нового централизованного теплоисточника на площад- ке, приближенной к городу. Предусматривается расширение использования электроэнергии в сис- теме теплоснабжения города в целях использования мощностей Белорус- ской АЭС. В работе рассмотрены мероприятия по повышению эффективности су- ществующей системы теплоснабжения: расширение зоны действия цен- трализованного теплоснабжения изменение; состава оборудования на ко- тельной (в том числе установка электрокотлов); сокращение теплопотерь в транзитной теплотрассе посредством применения высокоэффективной те- плоизоляции; аккумулирование теплоэнергии в транзитной теплотрассе в неотопительный период и т.д. Представлены различные варианты строительства нового теплоисточ- ника, приближенного к городу и определение наиболее энергоэффектив- ного. Теплогидравлические расчеты выполнены на базе электронной модели, созданной в программе ГИС «Zulu-Thermo». 189 УДК 697.112.3:620.179.11 Способ термомодернизации оболочек пневмоопорных объектов Акельев В.Д., Золотарева И.М. Якимович Д.Д. Белорусский национальный технический университет Целью настоящей работы является уменьшение телопотерь в холодное время года и теплопоступлений – в теплое, которые могут быть уменьше- ны многократно. Задача достигалась термомодернизацией пневмообъек- тов, включающих многослойную оболочку из эластичного материала и устройства для подачи воздуха после монтажа оболочки, при которой про- исходит расслоение пространства между более и менее нагретыми поверх- ностями оболочек для минимизации конвекции, когда число Рэлея нахо- дится в пределах 1700-1800, следовательно, увеличения теплозащитных характеристик пневмоопорных объектов. В межслойное пространство вне- дряются сферические элементы или близкие к ним по форме емкости с полимерными стенками (т.е. ограниченные объемы воздуха или газа с большими молекулярными массами) устройствами (пневмонагнетателя- ми), которые укладываются произвольно (гексагональная, кубическая ук- ладка). Сферические элементы в целях многократного уменьшения радиа- ционной составляющей покрываются материалами с высокими радиаци- онными отражательными характеристиками или экранируются элементами различной формы с малой объемной массой. Укладка, удаление сфериче- ских элементов осуществляется пневмонагнетателями из емкости, которая может иметь различную форму и быть расположена на любом уровне от- носительно поверхности пола, даже под землей, через воздуховод, в про- странство между слоями оболочки. Расстояние между слоями оболочки рассчитывается в зависимости от её оптимального сопротивления тепло- передаче и давления воздуха в межсферическом пространстве. Использование предлагаемых технологических аспектов оболочек на различных пневмоопорных объектах способствует их функционированию в течение всего года при различных климатологических параметрах на- ружного воздуха. Выполнены лабораторные исследования, в которых моделировались теплофизические процессы в оболочках пневмоопорных объектов. Ис- пользовались сферические, цилиндрические воздушные элементы с экра- нированием и без экранирования, их эквивалентные размеры находились в пределах от 70 до 80 мм. Тепловой и конвективный режим – стационар- ный, граничные условия I и III рода, число сферических и цилиндрических рядов от 4 до 6 рядов, термическое сопротивление теплопередаче превы- шало известные сопротивления в 4-8 раз. 190 УДК 620.9 Использование биогазовых комплексов Янчук Л.Ф.1, Могилат Г.А.1, Карпецкая Ю.А.2 Учреждение образования «Государственный институт повышения квали- фикации и переподготовки кадров в области газоснабжения «Газ – Инсти- тут» 1, Белорусский национальный технический университет2 Биогазовый комплекс (БГК) – это комплекс зданий, сооружений и на- ружных установок, включающий в себя биогазовую установку и оборудо- вание для дальнейшего преобразования биогаза в другие виды энергии, топлива и удобрения [1]. Область применения установок по производству биогаза – это крупные агропромышленные комплексы, фермы, птицефабрики, рыбные заводы, хлебобулочные комбинаты, мясокомбинаты, сахарные заводы и другие сельскохозяйственные и промышленные предприятия. Биогаз как энергоноситель может использоваться на ТЭЦ, в микротур- бинах, как моторное топливо, а также переработанный биогаз (биометан) подается в сеть газоснабжения после его сжатия до давления в трубопро- воде. В настоящее время максимальное количество биогазовых установок (около 15 млн) действуют в Китае, 10 млн – в Индии. В Европе первое ме- сто принадлежит Германии (около 9000 БГУ), затем следуют Дания, Вели- кобритания, Швеция, Норвегия, Италия, Франция, Испания, Польша. Беларусь является подходящей страной для развития БГК, где в на- стоящее время работает 7 биогазовых комплексов, мощностью от 340 кВт до 4,8 МВт. Всего запланировано построить 22 БГУ, суммарной установ- ленной мощностью 21,7 МВт. Также Беларусь получает финансирование межструктурной техниче- ской помощи из средств Евросоюза. Применение БГУ в Беларуси имеет экономическую, экологическую, агрономическую и социальную перспективы, т.к. Беларусь располагает собственными богатыми сырьевыми ресурсами и инновационными техно- логиями. Таким образом, перед белорусскими учеными и проектировщиками стоит задача разработать оптимальный вариант использования БГУ в на- шей стране, опираясь на зарубежный опыт. Литература 1. ТКП 17.02.-03-2010. Правила размещения и проектирования био- газовых комплексов. – Министерство природных ресурсов и охраны окру- жающей среды Республики Беларусь. – Минск, 2010. – 23 с. 191 УДК 697.922.2 Совершенствование методик расчета и монтажа гибких воздуховодов Морозюк А.В. Белорусский национальный технический университет Целью данного исследования является измерение коэффициентов со- противления трения, изучение влияния степени сжатия воздуховода на потери давления, визуализация турбулентного потока и анализ результатов эксперимента. Гибкие воздуховоды имеют ряд преимуществ перед оцин- кованными, таких как: намного меньшая стоимость, вес, большая ком- пактность, возможность зачастую не применять фасонные детали, а также большая стойкость к агрессивным средам. В связи с все более частым применением воздуховодов такого типа, становится актуальным вопрос более подробного изучения его аэродинамических свойств. Гибкие воздуховоды круглого сечения производятся с диаметрами от 76 до 710 мм с последующим применением их в системах вентиляции и кондиционирования с низким давлением или в периферийных секциях больших центральных систем, а также в промышленности для отвода дыма от электрической или газовой сварки, в деревообработке и химическом производстве. Конструкция и, соответственно, свойства гибких воздухово- дов довольно разнообразны: начиная от типичных каркасных с металличе- ской или полимерной оболочкой и заканчивая «специальными» антистати- ческими и антибактериальными. В настоящее время производители гибких воздуховодов для оценки по- терь давления предоставляют диаграммы для абсолютно растянутых воз- духоводов. В данной работе визуализация турбулентного потока и экспе- риментальное исследование должны установить аэродинамические свой- ства гибких воздуховодов: численные значения коэффициентов сопротив- ления трения, значимость степени сжатия воздуховода, влияние конфигу- рации местных сопротивлений и распределения витков по длине на пере- пад давления. На стенде монтируется образец, в качестве которого используются воз- духоводы различных видов (металлический, полиуретан, ПВХ и т.д.). Все образцы имеют одинаковые длины в пределах 5-6 метров. Образец снаб- жается устройством для натяжения гибкого воздуховода. Расход измеряет- ся с помощью анемометра. На стенде устанавливается канальный вентиля- тор с выравнивателем потока и регулятором частоты вращения. Диапазон скоростей от 2 до 7 м/с, что соответствует числу Рейнольдса для развитого турбулентный режима. 192 УДК 685.659.1+536.48 Влияние окружающей среды на параметры льда МСК «Минск-Арена» Ливанский Д.Г. Белорусский национальный технический университет Ледовые катки бывают открытыми и крытыми. Открытые ледовые кат- ки наиболее простые сооружения, для устройства которых требуется дос- таточно ровная площадка заливаемая водой при устойчивом стоянии от- рицательных температур наружного воздуха. Функционирование откры- тых ледовых катков существенно зависит от режима погоды. Крытые ледовые катки лишены этого недостатка, в них ледовое поле может поддерживаться круглый год. Для этого решаются сложные техни- ческие задачи по обеспечению требуемых параметров ограждающих кон- струкций и инженерных систем здания. Это позволяет снизить негативное влияние солнечной радиации, атмосферных осадков, ветра, температуры наружного воздуха на параметры ледового поля. Ледовое поле в общем случае занимает значительную часть от общей площади здания ледового катка. В связи с этим в помещении с ледовым полем формируется особый микроклимат, так как температура воздуха на уровне груди спортсмена на ледовом поле составляет в среднем +6°С, температура воздуха в зоне расположения мест для зрителей должна быть +10…+18°С, а температура льда может быть от -3°С до -8°С, в зависимо- сти от вида проводимых соревнований. Первым важным параметром микроклимата является влажность возду- ха. Повышенная влажность приводит к возникновению тумана над ледо- вым полем, образованию конденсата и микрофлоры на внутренних по- верхностях ограждающих конструкций, что приводит к преждевременно- му разрушению строительных конструкций, а также к увеличению нагруз- ки на систему холодоснабжения. Вторым важным фактором, оказывающим влияние на температуру льда, является правильно организованное воздухораспределение от систем кондиционирования воздуха. Так как воздействие более теплой струи при- точного воздуха на лед повышает его температуру, при этом изменяются скользящие свойства поверхности льда, что недопустимо для спортивного льда. Третьим фактором является специальное освещение, которое требуется для проведения телевизионных трансляций хоккейных матчей, что приво- дит к неравномерности температуры поверхности льда и снижению его качества. 193 УДК 697.9 Моделирование вентиляции цехов с тепловыделениями Грачёв И.Ю. Белорусский национальный технический университет Численный анализ позволяет моделировать температурные поля, воз- духораспределение и т.п. для проектируемых зданий, но в проектной прак- тике используется исключительно на крупных уникальных объектах, а также в научных исследованиях. Произведено моделирование однопролетного одноэтажного производст- венного цеха габаритами 12х60х7(h) м. При расчете учтены реальные конст- руктивные характеристики здания с окнами и воротами. В помещении цеха равномерно симметрично установлено 6 единиц тепловыделяющего обору- дования с температурой горизонтальной поверхности 150 °С. Удаление воз- духа осуществляется открытыми местными отсосами над оборудованием, подача воздуха – сосредоточенными вертикальными струями вдоль про- дольных стен. Моделирование произведено для переходного периода при помощи расчетного программного комплекса с использованием модели тур- булентности k-ε с учетом радиационного теплообмена. При закрытых воротах обеспечиваются допустимые параметры микро- климата в рабочей зоне. Конвективные струи от нагретых поверхностей поднимаются вертикально вверх и удаляются вытяжными зонтами. По результатам расчетов даже наличие незначительного ветра (0,5 м/с), направленного по нормали к открытым воротам приводит к снижению температуры воздуха в рабочей зоне ниже допустимых значений. При этом у первых двух рядов оборудования наблюдается снос конвективной струи под влиянием ветра. Это приводит к тому, что зонты удаляют поступаю- щий холодный воздух, а нагретый воздух проходит мимо них и поднима- ется под кровлю, приводя к перегреву верхней зоны помещения и беспо- лезной трате электроэнергии на работу местных отсосов. При изменении направления ветра (45° к проему ворот) его влияние снижается. Снос кон- вективных струй наблюдается только у оборудования, расположенного ближе к открытому проему. При этом струи отклоняются в сторону проема и не выходят за пределы установленного зонта. Большее отклонение про- является у струи, расположенной с наветренной стороны, что объясняется эжекцией воздуха ветровым потоком и влиянием обратного потока. Как следует из результатов моделирования, открытые проемы сущест- венно влияют на параметры микроклимата в помещении, а также на рабо- ту открытых местных отсосов. Расчеты производились для стационарных режимов. 194 Энергоэффективные технологии УДК 538.4 Ориентационное действие магнитного поля на немагнитные тела в магнитной жидкости Баштовой В.Г. 1, Рекс А.Г.1, Налетова В.А.2 Белорусский национальный технический университет1 НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова2 Представлены результаты исследований ориентационного воздействия однородного магнитного поля на немагнитные тела, находящиеся в магнитной жидкости. Данная задача имеет интерес для интенсификации теплообмена при кипении магнитных жидкостей, при создании магнитоуправляемых технологий снижения трения при течении смазочных жидкостей, а также для магнитоуправляемой абразивной обработки немагнитных деталей. Установлено, что эффект влияния магнитного поля на ориентацию и перемещение немагнитных тел в магнитной жидкости основан на двух механизмах его взаимодействия с этими телами – за счет объемной магнитной силы в жидкости и локальных искажений магнитного поля. Если тело не является сферическим, то его ориентация относительно направления поля становится зависящей от поля. Вокруг немагнитного тела в магнитной жидкости возникают локальные неоднородности магнитного поля, и оно приобретает свойства антидиполя, взаимодействующего с внешним магнитным полем. Тело стремится приобрести такую ориентацию относительно направления поля, чтобы искажения поля были минимальными. Исследования проведены в горизонтальном однородном магнитном поле. Методика исследования состояла в определении времени поворота немагнитного цилиндра, плавающего на поверхности магнитной жидкости, на 900 при включении магнитного поля из перпендикулярного положения к направлению поля в продольное направление. Установлено, что, для цилиндрического тела наиболее выгодной становится ориентация, когда его ось параллельна направлению поля. Получены новые зависимости ориентационных характеристик цилиндрических тел от напряженности внешнего однородного магнитного поля для магнитных жидкостей, имеющих различную намагниченность и вязкость. Показано, что при одинаковых моментах сил снижение гидродинамического сопротивления за счет уменьшения вязкости приводит к значительному уменьшению времени поворота тела. Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь. 196 УДК 538.4 Магнитожидкостный динамический гаситель колебаний Моцар А.А. Белорусский национальный технический университет Одним из методов обеспечения динамических характеристик малых космических аппаратов дистанционного зондирования земли и снижения негативного влияния вибрационных воздействий на высокопрецизионную полезную нагрузку является динамическое гашение колебаний. Реализация данного метода основана на использовании виброзащитных устройств, включающих в себя дополнительно присоединенную массу, связанную с демпфируемым объектом посредствам упруго-вязких связей и поглощающую энергию колебаний с ее последующей диссипацией. На данный момент актуальным является создание управляемых гасителей колебаний с возможностью подстройки их упруго-демпфирующих характеристик под параметры вибрационных воздействий. Для решения данной задачи перспективным видится использование интеллектуальных материалов, таких как магнитные жидкости. Благодаря механизмам вязкого трения такие жидкости обладают высокими диссипативными характеристиками, а возможность изменения их физических свойств по средствам магнитного поля позволяет создавать управляемые устройства виброзащиты. Универсальным объектом для создания магнитожидкостных виброзащитных устройств может служить капля магнитной жидкости с находящимся внутри нее источником магнитного поля. Капля, расположенная в немагнитном корпусе, может перемещаться, как единое целое, и рассеивать энергию вибраций за счет сил вязкого трения. Контакт капли со стенками корпуса приводит к деформации ее свободной поверхности и возникновению сил упругости препятствующих перемещению капли. В работе рассмотрена возможность реализации управления упругими характеристиками такой капли по средствам внутреннего электромагнитного воздействия. Получены зависимости демпфирующих характеристик капли от ее объема для различной величины начальной амплитуды колебаний демпфируемого объекта, в качестве которого использовалась протяженная балка с собственной частотой колебаний порядка 1 Гц. Рассмотрено влияние магнитных свойств жидкости, а также величины электромагнитного воздействия на эти характеристики. Исследования показали, что по средствам электромагнитных воздействий относительный коэффициент затухания устройства может изменяться в пределах ±35 %. 197 УДК 538.4 Использование магнитной жидкости как рентгеноконтрастного средства при исследования пищевода Сулоева Л.В.1, Балабанова О.В.2 1 Белорусский национальный технический университет 2 УЗ «10-я городская больница г. Минска» В лечебной практике применяют способ рентгенологического исследования пищевода в вертикальном положении больного путем перорального введения контрастной массы, приготовленной из чистого сернокислого бария и воды в пропорции 1:1. Рентгеноконтрастное средство на основе магнитных жидкостей может быть использовано для изучения рентгеноморфологических особенностей пищевода и его функций. Предлагаемый способ имеет преимущество перед применяемым в настоящее время рентгенологическим исследованием пищевода, так как расширяет возможности изучения рентгеноморфологических особенностей пищевода и его функций. Это достигается тем, что в качестве рентгеноконтрастного средства используют вещество, состоящее из вазелинового масла, олеиновой кислоты и частиц магнетита размером 50 - 150 A. Вещество гомогенно распределяют и фиксируют по внутренней поверхности пищевода посредством задания направления величины напряженности магнитного поля в зазоре 330 кА/м., источником которого может быть магнит, под контролем рентгенотелевидения. Таким приемом создается возможность длительного контрастирования пищевода, что позволяет лучше оценить его контуры, размеры, однородность распределения контрастного вещества в нем, а изменяя направление вектора напряженности магнитного поля и для каждого направления его величину, можно по амплитуде и частоте сокращений судить о его функции. Проводившиеся гистологические исследования пищевода, желудка и других органов после введения в них рентгеноконтрастного магнитных средств не выявили в этих органах признаков повреждения. Предлагаемый способ имеет преимущество перед применяемым в настоящее время рентгенологическим исследованием пищевода с помощью сернокислого бария. Что становится возможным в условиях длительного контрастирования изучать рентгеноморфологические особенности пищевода и его функции. Сокращаются время, и упрощается проведение самого исследования. Данный способ может быть использован не только для рентгенодиагностики, а также для лечения свищей, различных язв пищевода, при кровотечениях, наличии инородных тел в нем, и лечения опухолей пищевода. Работа выполнена при поддержке ФФИ Республики Беларусь. 198 УДК 538.4 Применение методов компьютерного моделирования для решения инженерных задач. Программа FLUENT Конева Н. С. 1, Карницкий А. Н. 2 1ГНУ Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, 2Белорусский национальный технический университет В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция сочетания традиционных инженерных подходов, лабораторных и стендовых испытаний с возможностями компьютерного моделирования при изучении аэродинамики, тепломассообмена и горения. На современном этапе научных исследований вычислительный эксперимент является одним из важных направлений при изучении задач аэродинамики, тепломассообмена и горения. Поэтому возрастает роль пакетов прикладных программ, позволяющих инженерам не только рассчитывать, но и обрабатывать и интерпретировать результаты. Информация, полученная с помощью численных расчетов, позволяет не только правильно осмыслить и понять физические эффекты, наблюдаемые, например, на экспериментальных установках, но и в некоторых случаях заменить физический или натуральный эксперимент компьютерным как более дешевым. В настоящее время широкое распространение получили пакеты вычислительной гидродинамики, тепломассообмена, прочности и электродинамики для проведения инженерных расчетов. Среди них можно упомянуть такие, как CFX, FLUENT, STAR-CD, LS-DYNA, ANSYS, ABAQUS, FlowVision, MSC/NASTRAN, MSC/MARC, MAGMASOFT, SolidWorks и др. Разработкой методов расчета и особенно созданием программ и пакетов прикладных программ для решения научно- технических задач занято большое число исследователей. Сейчас созданы и успешно развиваются пакеты программ для решения отдельных классов задач математической физики. Изобилие физических моделей в пакете FLUENT позволяет с хорошей точностью предсказывать ламинарные и турбулентные течения, различные режимы теплопереноса, химические реакции, многофазные потоки и другие явления на основе гибкого построителя сеток и их адаптации к получаемому решению. Очевидно, что возможность проводить подобные исследования путем компьютерного моделирования без непосредственного создания экспериментальных установок, позволяет минимизировать затраты труда, времени, средств для получения результатов решения поставленных задач. 199 УДК 621.791.037 Компактная установка для сварки фольги Давыдов В.А., Танцюра А.О. Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия Постановка лабораторных работ, в результате которых студенты изготавливают действующие экспериментальные установки, улучшает качество подготовки специалистов технического профиля и стимулирует интерес студентов к научно-исследовательской работе. В настоящей работе описывается компактная экспериментальная установка для сварки фольги. На рис. 1 представлено ее схематичное изображение. Установка состоит из металлического корпуса 1, катушки индуктивности 2, с помещенным внутрь нее подвижным сердечником 3, соединенным с металлической трубкой 4 и поджимаемым пружиной 5, зафиксированной заглушкой 6. Один вывод катушки подсоединен к регулируемому источнику питания (порядка 12 V), а второй - к сердечнику (обозначен 7). Конструкция фиксируется посредством наконечника 8. Электродом служит графитовый стержень 9. Второй вывод от источника питания соединяется с листом фольги 10. При замыкании цепи (соприкосновении электрода с листом фольги) в катушке индуктивности возникает ток, который порождает магнитное поле, втягивающее сердечник вглубь катушки, вследствие чего цепь размыкается, а из-за малого расстояния между концом электрода и листом фольги возникает пробой, что влечет за собой нагрев участка листа фольги и электрода, после чего пружина выталкивает сердечник в его исходное положение и горячий электрод придавливает нагретый участок листа фольги, в результате молекулы фольги диффундируют в другой лист фольги (стекло или керамическую деталь). Таким образом, данная установка позволяет осуществлять сварку листов фольги между собой и их неразъемное присоединение к стеклу и керамике. Научно-исследовательская работа выполнялась при поддержке стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам (СП-2683.2015.1, конкурс СП-2015). 4 1 2 3 5 6 РИП 12 V 7 8 9 10 200 УДК 621.644 Способы обнаружения потерь рабочего вещества из парокомпрессионных холодильных установок Жук Н.П. Белорусский национальный технический университет Современные парокомпресссионные холодильные установки используют дорогостоящие холодильные агенты в качестве рабочих веществ. Всегда остро стоит проблема потерь этого рабочего вещества. На сегоднешний день существует много способов обнаружения утечек холодильных агентов. Их можно разделить на косвенные, позволяющие определить факт утечки, и непосредственные, позволяющие определить конкретное место утечки холодильного агента. Косвенный поиск утечек на работающей установке можно проводить наблюдая за следующиими параметрами, которые могут являться результатом потери холодильного агента:  падением давления (температуры) кипения и конденсации;  уменьшением поглощаемого тепла холодильной установкой (холодопроизводительностью);  возникающим посторонним шумам, аномальным вибрациям;  формированием инея (льда) на испарителе (для кондиционеров);  изменением любых других рабочих параметров для нормально работающей установки (увеличение времени работы установки, отсутствие жидкого хладагента в смотровом глазке, увеличение перегрева и уменьшение переохлаждения и т.п.). Сегодня разработан и внедрен целый ряд методик обнаружения непосредственного места утечки в холодильных контурах. Наиболее эффективными из них являются: - контроль по масляным пятнам; - использование мыльного раствора; - погружение в воду; - галоидные течеискатели; - технологии проникающего красителя; - электронные течеискатели; - ультразвуковые течеискатели; - использование тепловизора. Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки, а также имеет ограничения по области применения. Подробный анализ способов обнаружения утечек будет рассмотрен в последующих статьях на эту тему. 201 УДК 537.84 Интенсификация теплообмена в куэттовском течении магнитной жидкости добавками углеродных нанотрубок Лабкович О.Н., Лабкович Н.О., Погирницкая С.Г. Белорусский национальный технический университет В работе исследовалось влияние однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) на теплообмен в радиальном зазоре между цилиндрами, заполненном магнитной жидкостью, при вращении внутреннего цилиндра. Использовалась магнитная жидкость на трансформаторном масле и магнетите с намагниченностью насыщения 40 kA/м, в которую добавлялись ОУНТ – немагнитные цилиндры – диаметром 5·10-9 м и длинной до 0,12·10-6 м, коэффициент теплопроводности которых λ достигает 6600 Вт/мК. Радиальное магнитное поле в зазоре 400 кА/м. Тепловой поток Q создавался электрическим нагревателем на внутреннем цилиндре и через слой магнитной жидкости передавался на термостатируемый наружный цилиндр, термопарами измерялись температуры Т1 и Т2 на поверхностях цилиндров. Экспериментальные результаты представлены в виде зависимости числа Нуссельта (Nu) от безразмерной скорости – числа Тейлора (Та). Как видно из рисунка, добавка ОУНТ увеличивает теплообмен в зазоре на 50 %, затем эффект снижается до 20 % при ламинарном течении и приводит к снижению числа Nu в вихревой области течения. Таким образом, добавка ОУНТ является эффективным инструментом управления теплообменом при ламинарном течении магнитной жидкости. Работа выполнена при поддержке ФФИ Республики Беларусь. 202 УДК 697(075.8) Комплекс мероприятий для повышения эффективности в системах вентиляции и кондиционирования Янцевич И.В., Кальчук О.С. Белорусский национальный технический университет Большое значение при снижении энергопотребления в зданиях и сооружениях играет эффективное использование систем вентиляции и кондиционирования. Можно отметить основные мероприятия для повышения эффективности работы системы вентиляции и кондиционирования в зданиях и сооружениях:  административное, составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем и контроль со стороны руководства за их выполнением;  замена вентагрегатов на современные с более высоким КПД ;  устранение дефектов, полученных при неквалифицированной сборке, монтаже и ремонтах вентиляционных установок;  применение устройств автоматического регулирования и управления вентиляционными установками;  теплоизоляция приточных воздуховодов, теплообменных аппаратов в системах вентиляции и кондиционирования;  замена общего порядка систем вентиляции на местную индивидуальную рекуперативную систему вытяжек. Для проведения большинства из перечисленных мероприятий, необходимо осуществить следующие действия, определить паспортные и реальные характеристики электроприводов, провести инструментальные обследование системы (давления, скорости потока, температуры наружного воздуха и воздуха в помещении, количество пыли). Существуют различные пути повышения энергоэффективности при организации воздухообмена в помещении: традиционно и воздухораспределители, формирующие закрученные струи, для систем перемешивающей вентиляции и низкоскоростные воздухораспределители — для систем вытесняющей вентиляции. К воздухораспределителям, повышающим эффективность системы воздухообмена, формирующие закрученные приточные потоки отнесем:  панельные воздухораспределители турбулизирующие с поворотными пластиковыми ячейками, расположенными в круглых отверстиях по концентрическим окружностям на панели;  воздухораспределители панельные вихревые с поворотными направляющими ячейками, расположенными в прямоугольных отверстиях по радиальной схеме на панели. 203 УДК 538.4 Экспериментальное исследование влияния магнитофореза и броуновской диффузии в статической системе магнитожидкостной опоры Баштовой В.Г. 1, Рекс А.Г.1, Климович С.В. 1, Кужир П.П. 2 Белорусский национальный технический университет1 Университет Ниццы-София Антиполис (Франция) 2 Для изучения влияние магнитофореза и броуновской диффузии в статической системе магнитожидкостной опоры создана экспериментальная установка с нагруженным поршнем рисунок 1, Объем магнитной жидкости (МЖ) находящейся кювете (2), размещенной на немагнитной опоре (1). В объеме МЖ находиться прямоугольный феррит- бариевые магнит (ФБМ) (3) с поршнем (4) из немагнитного материала Размеры ФБМ 10×20×5 мм, характеристика создаваемого им неоднородного магнитно поля B =77,6 mT, H= 61,7 кА/м. Вес поршня 0,954 гр, с закрепленным на нем маяком (5). Поршень проходит через крышку кюветы (6) (для предотвращения испарения магнитной жидкости) играющую роль направляющей для поршня. На площадку поршня помещен набор гирь (7). Магнит плавает в объеме магнитной жидкости, не касаясь дна, положение магнита в жидкости фиксируется катетометром КМ-8 (8)с точностью до 0,01 мм по маяку. Относительное изменение положения феррит-бариевого магнита с нагруженным поршнем относительно дна кюветы в МЖ ММтр-31, показано на рисунке 2, где h0 обозначено положение магнита относительно дна кюветы в начальный момент времени, h – в последующее время. Как видно из рисунка 2 изменение положения магнита в объеме МЖ при нагруженной опоре изменяется в течении 200-250 минут затем стабилизируется из за увеличения концентрации частиц МЖ вокруг феррит-бариевого магнита. 7 6 5 3 1 2 4 SN 8 100 200 300 400 5000,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 1- h/ h 0 вес 0 гр вес 5 гр вес 20 гр вес 30 гр время, минут ы Рисунок 1 Рисунок 2 Работа выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований. 204 УДК 669.187.58 Получение высокочистого кремния из моносилана Кривошеев Ю.К. Белорусский национальный технический университет Известно, что отсутствуют какие-либо термодинамические и кинетические запреты и ограничения плазменного пиролиза моносилана при температуре выше температуры плавления кремния из газообразного состояния в жидкую фазу. При этом существует проблема загрязнения кремния продуктами эрозии плазмотрона и материала стенок реактора. Радикальным решением проблемы чистоты является формирование на рабочих поверхностях кремниевого гарнисажа, чтобы все рабочие поверхности были гарнисажеобразующими (гарнисаж – твёрдый защитный слой, образующийся при плавке на рабочей поверхности стенок металлургических агрегатов). Температурный режим анода, реактора пиролиз и конденсатора определяются балансом подведённой и отведённой теплоты с единицы поверхности. Он задан из условия поддержания гарнисажа кремния на всей рабочей поверхности, т.е. градиентом температуры на слое кремния. Перенос теплоты в оптимизированном реакторе осуществляется от газового потока в рабочем объёме через слой кремния заданной толщины, рабочую стенку реактора, ряда защитных покрытий и к охлаждающей воде. Для детального анализа следует рассмотреть задачу установившегося процесса охлаждения и конденсации паров и капель расплавленного кремния, полученных в результате взаимодействия моносилана с высокотемпературной плазменной струёй, состоящей из аргона и водорода, взятых в различных соотношениях. При этом необходимо учесть следующие процессы тепло- и массообмена: отвод теплоты через многослойную стенку, параметры которой можно задавать в процессе моделирования; охлаждение газового потока и изменение размеров расплавленных частиц кремния; образование потока расплавленного кремния; изменение температуры потока расплавленного кремния; образование и изменение по длине канала реактора толщины гарнисажа на поверхности канала; изменение общего количества расплавленных частиц, движущихся с газовым потоком. Изменение условий теплообмена паро-газовой смеси вдоль канала позволяет также исследовать процесс осаждения кремния на аноде плазмотрона и в реакторе пиролиза и конденсации. Режим охлаждения определяется выбором параметров изоляции и расходом охлаждающей воды. Так как процесс охлаждения за счёт отвода теплоты через стенку является относительно медленным, то можно рассматривать совокупность газового потока и потока расплавленных частиц как единую газовую фазу. 205 УДК 621.311 Особенности использования солнечной энергии в условиях Республики Беларусь Милаш Е.А. 1 , Милаш А.А. 2 Белорусский национальный технический университет1 Белорусский государственный экономический университет2 В условиях высокой стоимости и недостаточности ископаемых природных ресурсов становится актуальной проблема применения альтернативных источников энергии, как для обеспечения производственной сферы государства, так и его населения. Прикладные научные исследования вполне наглядно демонстрируют потенциальную эффективность использования солнечной энергии, достигающей земли в Республике Беларусь. По данным NASA Surface meteorology and Solar Energy суммарная располагаемая солнечная энергия за год составляет порядка 1000 кВт·ч/м2. Этот показатель превышает таковой в Северной Европе и России. В таблице 1 представлена сравнительная характеристика однотипных фотогальванических панелей от различных производителей, представленных на рынке Республики Беларусь. Таблица 1 – Сравнительная характеристики ФЭП Характеристики Производитель EcoENRG y ALGATEC Cross Linepoly Solar ENRG Максимальная мощность, Вт 250 250 250 Эффективность модуля, % 15,3 15,10 15 Стоимость, $ 300 250 250 Соответственно, удельные затраты на установку 1кВт составят от 1000 до 1200 $/кВт. Сравнительно с капитальными затратами по источникам, использующим традиционные виды топлива, данное оборудование оказывается дороже, однако в издержках традиционных источников велик удельный вес топливной составляющей (до 86%). При использовании нетрадиционных источников она отсутствует. Продажа такой энергии в энергетическую сеть будет осуществляться по стоимости 4266,54 руб./кВт∙ч. Современные конструкции эффективно воспринимают как прямое, так и рассеянное (диффузное) излучение, а увеличивая площадь конструкции можно создавать установки любой мощности. 206 УДК 538.4 К вопросу о физическая сущности акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости Шабанова И.А., Стороженко А.М. Юго-западный государственный университет, Курск, Россия Возмущение намагниченности среды плоской звуковой волной как результат зависимости намагниченности среды от ее плотности при этом возмущению намагниченности сопутствует возмущение напряженности магнитного поля[1,2]. В работе [3] было получено выражение для возмущения намагниченности среды плоской звуковой волной. Индуцирование переменного электрического поля и ЭДС в проводящем контуре является весьма важным электромагнитным эффектом, вызванным распространением плоской звуковой волны в намагниченной магнитной жидкости [5]. В магнитном и ультразвуковом полях нанодисперсная магнитная жидкость (МЖ) приобретает новое свойство – излучение электромагнитной волны [4]. В процессе распространения в намагниченной МЖ акустической волны, за счет колебаний концентраций феррочастиц и температуры, а также кинетики агрегатов, в жидкости- носителе происходят возмущения намагниченности и размагничивающего поля. В результате их конкуренции наблюдается акустомагнитный эффект (АМЭ) – возникновение ЭДС индукции в катушке индуктивности, прижатой к стеклянной трубке, наполненной магнитной жидкостью. Этот эффект позволяет регистрировать акустические колебания и исследовать индукционным методом акустическое поле в МЖ. Работа выполнена при поддержке гранта президента РФ (МК-5703.2016.8). Литература 1. Тарапов, И.Е. Звуковые волны в намагничивающейся среде / И.Е. Тарапов // ПМТФ. - 1973. - №1. - С. 15-22. 2. Пирожков, Б.И. Релаксационное поглощение звука в ферросуспензии / Б.И. Пирожков, М.И. Шлиомис // Матер. 9 Всесоюзн. акуст. конф. Секция Г. – М.: Наука, 1977. – С. 123-126. 3. Полунин, В.М. Релаксация намагниченности и распространение звука в магнитной жидкости / В.М. Полунин // Акуст. журн. - 1983. – Т. 29. – №6. – С. 820- 823. 4. Полунин, В.М. Акустомагнитный эффект на магнитной жидкости в поперечном магнитном поле / В.М. Полунин, М.В. Чистяков // Ультразвук и термодинамические свойства вещества: сб. тр. РАО. - Курск: КГУ, 2005. - С. 28 – 32. 5. В.М. Полунин. Акустические свойства нанодисперсных магнитных жидкостей. М.: Физмалит.- 2012 г. 207 УДК 621.313 Роль возобновляемых источников энергии в энергосистеме Эстонии Климович С.В., Карницкий А. Н. Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день Эстонская Республика практически полностью обеспечивает свои потребности в энергии. Основные ресурсы, применяемые для производства тепловой и электрической энергии – горючие сланцы, также применяются возобновляемые источники энергии – биомасса, энергия ветра, гидроэнергия. На долю горючих сланцев приходится порядка 80-85% от общего количества, в последние годы наблюдается рост производства электроэнергии за счет использования энергии ветра и биомассы (в том числе при сжигании мусора). Около 15 миллионов тонн сланца в год потребляют электростанции для производства энергии. Площадь залежей сланца в Эстонии – примерно 3000 км². Выработанная площадь – примерно 425 км². Пригодного к использованию сланца еще примерно 1–2 миллиарда тонн (по разным оценкам), 1 миллиард тонн сланца уже добыт. Энергетическая ценность используемого сланца 1900–2600 ккал/кг (8000–11000 кДж/кг). Электрическая мощность, выдаваемая теплоэлектростанцией в Валке, работающей на биомассе, составляет 2 МВт, а тепловая 8 МВт. В 2013 году была запущена эффективная и экологичная станция совместного производства тепло- и электроэнергии, работающая на биомассе. Построенная в 2015 году станция комбинированного производства позволяет производить тепло- и электроэнергию из древесной щепы. Возобновляемые источники, используемые для производства энергии в Эстонии, представлены ветром, биомассой и гидроэнергией. Крупнейшие ветропарки Эстонии – Аулепа (48 МВт), Нарва (39 МВт), Пакри (22,5 МВт). Возможность производства электроэнергии на ГЭС оценивается в Эстонии в 30 МВт теоретически, из которых фактически используется только треть. Построено значительное количество микро- ГЭС. Эстонские гидроэлектростанции практически не влияют на крупномасштабное производство электроэнергии, крупнейшая ГЭС Линнамяэ – мощностью в 1,2 МВт. Использования биомассы при наличие существенных местных запасов, делает ее интересной альтернативой для Eesti Energia. Прежде всего, изучаются возможности использования биомассы в уже работающих электростанциях, чтобы производить электроэнергию без вложения больших дополнительных средств. 208 УДК 620.92 Преимущества утилизации твердых бытовых отходов путем сжигания Любчик О.А. Белорусский национальный технический университет Ежегодно каждый человек выбрасывает около 450 кг твердых бытовых отходов. Согласно данным некоммерческой организации Министерства жилищно-коммунального хозяйства Республики Беларусь «Оператор вторичных материальных ресурсов», в 2015 г. на переработку было отправлено 592 тыс. тонн коммунальных отходов, что почти в два раза больше аналогичной цифры за 2010 г. – 328 тыс. тонн. Однако даже после тщательного разделения и вторичного использования сырья, в среднем останется более 180 кг неиспользуемых отходов, которые чаще всего отправляются на полигоны для последующего захоронения. Альтернативный способ ликвидации не годных для вторичного использования и переработки отходов – их сжигание. В первую очередь, сжигание позволит сократить массу и особенно объем захороняемых отходов. Так после термообработки только 10% от первоначального объема отходов останется в виде шлака, который будет складироваться на полигонах или использоваться в дорожном строительстве. Также сжигание препятствие проникновению отравляющих веществ в почву, воды и воздух от полигонов, где хранятся необработанные твердые бытовые отходы. В процессе сжигание большая часть вредных веществ оседает или нейтрализуется на различного рода фильтрах при очистке дымовых газов. И, конечно, нельзя не отметить факт энергетической ценности твердых бытовых отходов. Удельная теплота сгорания такого топлива близка к удельной теплоте сгорания бурого угля. Данная особенность позволяет использовать отходы в качестве топлива для получения тепловой, электрической энергии, а также для выработки холода. 209 Информационные системы и технологии УДК 681.3 Разработка системы управления контентом в области агроэкотуризма Коптевич Е.В., Пентегов В.В. Белорусский национальный технический университет В результате анализа белорусских и российских сайтов по сельскому туризму был выявлен ряд общих закономерностей в организации структуры и дизайне сайтов, что позволило сформировать общую концепцию разработки системы управления контентом Content management system (CMS) в области агроэкотуризма. Базовый функционал сайтов агроэкотуризма включают в себя следующие Web-страницы: «Главная», «Об усадьбе», «Местоположение», «Фотогалерея», «Новости», «Гостевая книга», «Контакты», «Услуги», «Заявка», «Сувенирная лавка». Страницы «Новости и «Фотогалерея», предполагают обновление информации один-два раза в месяц, остальные страницы содержат условно-постоянную информацию. Интерактивными являются страницы «Гостевая книга», «Заявка», и «Контакты». Сайты агротуризма обычно представляют собой двухуровневую структуру, что обеспечивается с помощью горизонтального меню, имеющегося на всех страницах. Кроме того, для страниц с большим объёмом информации, например, таких как «Об усадьбе» или «Сувенирная лавка», возможно использование дополнительного вертикального меню, которое обеспечивает переход на третий уровень. Разработанная CMS обладает следующими возможностями: - передача информации пользователю путем формирования страницы с нужным контентом; - редактирование контента; - редактирование мультимедийных материалов; - редактирование данных пользователя; - редактирование структуры сайта, путем изменения категорий и тэгов; - редактирование и создание контактной информации прочих статических страниц; - установка новых виджетов или баннеров. Модули сайта представляют собой единое целое в виде информационной системы для обеспечения и организации совместного процесса создания, редактирования и управления содержимым, то есть Content management system (CMS), которая реализована на основе языка гипертекстовой разметки HTML5, каскадных таблиц стилей SCC3, скриптового языка PHP, СУБД MySQL и приложения PHPMyAdmin. 211 УДК 621.397 Модифицированные алгоритмы кодирования длин серий для сжатия полутоновых изображений Аль-Бахдили Х.К., Томилин В.В., Конопелько В.К., Аль-Заиди З.Х.М. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Для сжатия изображений широко используются алгоритмы JPEG и JPEG2000, основанные на энтропийном кодировании. Их недостатком является высокая вычислительная сложность. Для некоторых классов изображений, например, синтетических и сегментированных, может быть эффективен алгоритм кодирования длин серий RLE (Run-Length Encoding), основанный на учете повторов символов. Однако данный алгоритм ориентированный на сжатие данных и не учитывает вероятности повтора значений пикселей изображений. Алгоритм RLE основан на подсчете числа повторов значений следующих друг за другом символов, может иметь блочную и поточную реализацию. Блочная реализация алгоритма RLE предполагает предварительное накопление кодируемых данных для их анализа и выбора параметров кодирования. Анализ производится на основе таблицы длин серий, в которой одному или нескольким одинаковым по значению и следующим друг за другом символам ставится в соответствие их количество. Разработана модификация I2BN алгоритма кодирования длин серий RLE для сжатия изображений, основанная на учете вероятности повтора значений пикселей в строках. В процессе выполнения алгоритма строится таблица вероятностей повторов, в которой каждому значению длины серии ставится число таких серий. Разработана модификация I3BN алгоритма кодирования длин серий RLE для сжатия изображений, основанная на учете вероятности повтора значений пикселей в строках. Алгоритм I3BN отличается от алгоритма I2BN использованием дополнительного символа, который принимает значение 1, если значение пикселя повторяется в третий раз подряд, и принимает значение 0, если третий повтор значения пикселя отсутствует. Экспериментально установлено, что минимальный размер кода обеспечивает алгоритм I3BN (в 1,2–1,3 раза меньше по сравнению с алгоритмом RLE). При этом вычислительная сложность алгоритма I3BN незначительно увеличивается по сравнению с RLE и I2BN, близким ему по эффективности кодирования. Для тестирования использовались спутниковые полутоновые изображения морской поверхности, городских кварталов, горных массивов, полей и лесов. 212 УДК 621.397 Контурный анализ в текстурной сегментации изображений Альзаки Х.М., Цветков В.Ю., Махмуд М.Б., Карбалаи С.Х. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Повышение пространственного разрешения видеокамер приводит к увеличению количества текстурных областей, выделяемых на изображениях. Коэффициенты сжатия текстурных изображений значительно меньше коэффициентов сжатия изображений, содержащих однородные по яркости области. Поэтому актуальной является проблема повышения эффективности сжатия текстурных изображений, решение которой требует, прежде всего, локализации текстурных областей. Это, в свою очередь, делает актуальной задачу текстурной сегментации. Если в результате текстурного анализа необходимо определить тип (класс) текстуры или различить несколько текстур, то в результате сегментации необходимо найти границу разделения текстурных областей. Несмотря на данное различие, для текстурного анализа и текстурной сегментации используются общие методы, например, энергетические карты. Их недостатком является высокая вычислительная сложность и разделение простых текстур с высокой степенью однородности. В ряде работ предлагается использовать контурные элементы изображений для текстурного анализа. Однако данные подходы основаны на небольшом наборе контурных примитивов и достаточно грубой статистической оценке, что приводит к значительным ошибкам сегментации. Разработан метод текстурной сегментации изображений на основе классификации контурных элементов и логического сложения классов. Сущность метода состоит в контурной обработке исходного изображения, определении положения на изображении контурных элементов различного типа, преобразовании близко расположенных друг к другу однотипных контурных элементов в площадные объекты, двоичном кодировании взаимного расположения полученных площадных объектов в границах исходного изображения, сегментации полученной кодовой матрицы. Для оценки точности методов текстурной сегментации использованы базы текстурных изображений Brodatz (170 изображений) и UIUCTex (175 изображений). На их основе сформированы 30 тестовых изображений, в которых левая и правая половины образованы однородными текстурными изображениями из этих баз. С помощью этих тестовых текстурных изображений установлено, что предложенный метод по сравнению с методом на основе энергетических карт обеспечивает уменьшение ошибки сегментации однородных текстурных изображений в 2,3 раза. 213 УДК 621.397 Прогрессивный алгоритм волнового выращивания областей для сегментации изображений Альмияхи О.М., Конопелько В.К., Аль-Гертани К.М., Аль-Аббуди А.А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Сегментация изображений широко применяется в обработке изображений. Известные методы сегментации, основанные на формировании областей с использованием водораздела, квантования по гистограмме, разделении и слиянии областей с использованием квадра- дерева, выращивании областей, не эффективны для обработки изображений с плавными перепадами яркости в режиме реального времени. Для сегментации изображений разработан прогрессивный алгоритм на основе волнового выращивания областей. Алгоритм осуществляет квазипараллельное выращивание областей вокруг выбранных начальных точек роста, что обеспечивает автоматическое разделение областей с плавным перепадом яркости, которые известные методы сегментируют с ошибками. В результате выполнения данного алгоритма формируется матрица сегментации, значение каждого элемента которой указывает на номер сегмента, которому принадлежит пиксель сегментируемого изображения с соответствующими координатами. С каждым циклом перебора выращиваемых областей размеры сегментов постепенно увеличиваются, в чем проявляется прогрессивный характер сегментации, осуществляемой разработанным алгоритмом. В случае прерывания алгоритма (например, при поиске мелких объектов) часть изображения останется несегментированной, однако будут найдены все доминирующие центры областей и эти области будут равномерно сегментированы. Это позволяет при необходимости а) интерполировать несегментированные области; б) предсказать положение границ в несегментированных областях; в) определить число, местоположение и оценить размеры объектов интереса. Установлено, что разработанный алгоритм выигрывает в скорости сегментации до 4 раз и 40 раз по сравнению с алгоритмами сегментации на основе выращивания областей и разделения и слияния областей при размере изображения 128х128 пикселей, проигрывает в скорости сегментации до 5 раз и 2,5 раз по сравнению с методом сегментации на основе выращивания областей при размерах изображений 512*512 и 1024*1024 пикселей соответственно. 214 УДК 621.396.1 Особенности моделирования режима сканирования по дальности в двухкоординатном измерителе со сверхбыстрым сканированием луча Аникеев С.В., Куренёв В.А. Военная академия Республики Беларусь В режиме сканирования достаточно узкий слой видимости сканирует в некотором диапазоне дальностей, перекрывающем диапазон d возможных значений дальности до пеленгуемой цели. На вход приемника радиолокатора поступает периодическая последовательность пачек импульсов. Задержка пачки импульсов относительно исходного слоя видимости отслеживается с помощью соответствующей электронной схемы. Комплексный закон модуляции сигнала, определяющийся сканированием слоями видимости обозначим в виде функциональной зависимости п - τd d t G T        , (1) где τ =d d dr V – время задержки пачки относительно начала сканирования слоями видимости по дальности; dr – дальность до цели относительно исходного положения слоя видимости перед сканированием; =d dV d T – скорость сканирования по дальности; и= τ 2d c – длительность элемента разрешения, обеспечиваемая импульсом передатчика; dT – период сканирования слоями видимости по дальности; пT – длительность пачки сигналов. При сканировании слоями видимости по дальности на входе приемной системы будет приниматься периодическая последовательность пачек сигналов, имеющих форму (1) и задержанных относительно начала сканирования на время, зависящее от угловой координаты цели цτ = θ Φd dT . Применяя метод сканирования по дальности, сигнал дополнительно модулируется законом, зависящим от направления на цель, т.е. становится более информативным, что приводит к увеличению точности измерения угловой координаты. 215 УДК 629.325 Синтез контура управления самонаводящейся ракеты при учете динамики измерительного устройства Бабченок А.А., Шабан С.А., Еромин А.М. Военная академия Республики Беларусь Повышение точностных характеристик систем самонаведения ракет в условиях интенсивного маневренного и информационного противодействия со стороны противника является актуальной научной и прикладной задачей. Уменьшить промах можно различными способами. Одним из способов является повышение точности оценивания угловой скорости визирования линии ракета-цель. Для уменьшения промаха применяются методы наведения, обеспечивающие получение траекторий с небольшой кривизной и, следовательно, с небольшим уровнем потребных нормальных ускорений ракеты. В системах самонаведения таким методом является пропорциональное наведение. Недостатком данного метода является большой расход нормальных ускорений ракеты при маневре воздушной цели, обусловленный относительно медленной реакцией скорости вращения линии ракета-цель на маневр цели в точке встречи [1]. Можно ускорить парирование маневра цели, введя в закон управления автопилота ракеты дополнительное слагаемое, пропорциональное оценке нормального ускорения цели и измеряя головкой самонаведения ракеты угол визирования линии ракета- цель. По результатам синтеза, в среде визуального моделирования MATLAB (SIMULINK), авторами разработана математическая модель контура управления самонаводящейся ракеты с учётом динамики измерительного устройства. Взаимное положение ракеты и цели смоделировано с помощью кинематических уравнений относительного пространственного движения. Разработанная модель позволяет проводить анализ динамических свойств контура управления ракетой, нормальных ускорений и точности наведения на маневрирующую цель. Литература 1. Кун, А.А. Основы построения систем управления ракетами: в 3 ч. Ч.1. Основы ракетодинамики и кинематики наведения ракет / А.А Кун, В.Ф. Лукьянов, С.А. Шабан; под ред. А.А. Куна. – 2-е изд., перераб. и доп. – Минск: Изд. акад., 2001. – 131 с. 216 УДК 339.1: 004.738.5 Программный модуль для поиска и редактирования информации в базе данных на языке C# Буглак И.В. Белорусский национальный технический университет Бурно развивающиеся в наше время информационные системы и технологии позволяют существенно облегчить человеку введение работ по хранению и обработки больших объемов информации, контролю и планированию деятельности в различных областях средствами ЭВМ. Это позволяет автоматизировать многие информационные процессы, организовать эффективную работу. Для решения задачи эффективного поиска и редактирования информации был разработан модуль для поиска и редактирования информации в базах данных при помощи современного языка программирования C#, который удобен для использования и имеет широкое распространение. Данный модуль избавляет пользователя от рутинной работы по обработке небольших баз данных, содержащих информацию о некоторых документах, и позволяет легко обращаться с базой данных, осуществлять необходимый поиск по базе данных, просматривать её содержимое в удобном виде в реальном времени, что особенно важно при стремительно возрастающем объеме информации, которую необходимо обработать в короткое время. Благодаря разработанному модулю, в базу можно добавить необходимые данные, и наоборот, ненужные данные можно из базы удалить. Содержимое базы данных можно сортировать по любому из полей как по убываю, так и по возрастанию. После внесения всех необходимых изменений в программе, данные обновляются и в самой базе данных. Важной особенностью данного модуля является возможность сохранения документов в разных форматах. Например, можно сохранить базу данных в формате "xls", с которым работает известный программный пакет Microsoft Office Exel. Также можно сохранить необходимые данные в популярном формате PDF, HTML (при этом документ сохранится как обычная интернет- страница в удобном для просмотра виде), Access (для работы с базой данных через СУБД MS Office Access) и "doc", с которым работает Microsoft Office Word. Имеется возможность и обычного сохранения в исходном формате базы данных. 217 УДК 621.397 Развертывание цифровой АТС в виртуальной среде для обучения современным протоколам сигнализации в системах связи Волченков Д.В., Албигарби Х.А.Х. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Виртуализацию систем необходимо применять там, где важна работа гетерогенных систем на одном физическом ресурсе с возможностью масштабирования используемых приложений. Гипервизоры, динамически распределяющие ресурсы из общей кучи для изолированных программных контейнеров, позволяют виртуальным машинам безопасно взаимодействовать с аппаратным обеспечением, а также хостовой операционной системой. Таким образом, это делает виртуальную машину хорошим средством для обучения информационным технологиям: в гостевых операционных системах возможно применение любых конфигураций и установка приложений без риска негативного влияния на хост. Развитие NGN (“all IP“–сетей) в мире сегодня происходит чрезвычайно активно, поэтому важно поддерживать учебные программы и материалы актуальными. Сигнальные протоколы, такие как SIP (T,I), H.248, и т.п. в сетях VoIP применяются во всех сетях передачи данных, от малых офисных, до глобальных, поэтому отладка их взаимодействия – типовая задача современного инженера по телекоммуникациям. Виртуализация систем и приложений также занимают прочную нишу в промышленном секторе. Как правило, современное телекоммуникационное оборудование представляет собой программные комплексы, размещённые на производительном аппаратном обеспечении со специфическими интерфейсами. Использование в лабораторных работах бесплатной цифровой АТС Asterisk, установленной на хостовую операционную систему на базе обычного ПК с помощью гипервизора VirtualBox, позволяет с минимальными затратами познакомить обучающихся с работой сразу нескольких перспективных технологий: виртуализации и пакетной голосовой связи и её отладки путём снятия трейсов трафика. Установленный с помощью данного гипервизора на хостовую систему под ОС Windows образ с цифровой АТС Asterisk, собранный на базе серверной операционной системы CentOS показал себя как стабильное решение, позволяющее запустить голосовую АТС в локальной сети, совершить демонстрационный звонок с помощью телефонов Cisco 7962G, а также снять и проанализировать трейс сигнальной и голосовых сессий трафика с интерфейса на хостовой системе. 218 УДК 624.729.14:620.179.15 Реконструкция изображения молочной железы методами ФОП и БИР Золотарев С.А., Мирзаванд М.А. Институт прикладной физики НАН Беларуси Белорусский национальный технический университет В ряде работ показано, что использование технологии томосинтеза может значительно сократить эффект "камуфляжа", являющийся следствием наложения друг на друга тканей молочной железы в реконструируемых трехмерных изображениях, и улучшить обнаружение поврежденных участков. Однако следует заметить, что можно обеспечить улучшенное качество реконструкции с помощью использования более передовых реконструктивных томографических алгоритмов. Мы выбрали для сравнения стандартный метод фильтрованных обратных проекций (ФОП) и новый перспективный метод Байесовой итерационной реконструкции (БИР). Проекционные данные для нескольких пациентов были получены из медицинского центра Мангейма (Германия), относящегося к Гейдельбергскому университету, от профессора Юргена Хессера. Для пациента было собрано два набора проекционных данных: первый набор был собран для левого краниокаудального вида (L-CC), а второй набор проекционных данных был собран для медиолатерального косого вида (L-MLO). Результаты реконструкции характерных слоев трехмерных изображений молочной железы, полученные для стандартной реконструкции методом ФОП, и при использовании метода статистической итерационной реконструкции методом БИР показаны на рисунке ниже. Рисунок 1. – Сопоставление области 1, содержащей кальцификаты, для изображений характерного слоя, реконструированных методом ФОП (слева) и методом БИР (справа) 219 УДК 624.729.14:620.179.15 Параллельная реконструкция изображений алюминиевых отливок с использованием графических процессоров Золотарев С.А., Мирзаванд М.А. Институт прикладной физики НАН Беларуси Белорусский национальный технический университет Для контроля алюминиевых отливок сложной формы в настоящее время, как правило, применяют промышленную рентгеновскую томографию. Использование реконструированных трехмерных изображений литейных изделий позволяет не только осуществлять эффективный контроль формы изделий и наличия в них дефектов, но и оказывает принципиальное влияние на промышленные технологии производства сложных изделий машиностроения, замкнув технологический цикл производства в цепочку: автоматизированное проектирование – автоматизированное производство – автоматический контроль. Среди многоядерных процессоров с параллельной архитектурой в настоящее время наиболее известны графические процессоры GPU (Graphics Processing Unit) и центральные процессоры CPU типа IBM CELL и Intel Core. В течение последнего десятилетия наиболее динамично развивались GPU. Поэтому в сейчас рассматриваются в первую очередь именно GPU как устройства, способные значительно ускорить процесс итерационной томографической реконструкции. На нижерасположенном рисунке показано перспективное изображение алюминиевого поршня, реконструированного при помощи параллельной реконструкции с использованием графического процессора. Размерность трехмерного изображения объекта составляет 700х700х700 вокселей. Физический размер вокселей – 200 мкм. Рисунок 1. – Реконструированное изображение алюминиевого поршня с искусственными дефектами (сверлениями) 220 УДК 004.91 Автоматизированная система складского учета Кириков А.С. Белорусский национальный технический университет Оперативная информация в режиме реального времени, анализ данных по нескольким складам – мощный управленческий ресурс, который возможен только при автоматизированной системе складского учета. В большинстве своем существующие программы очень неудобны, достаточно сложные и слишком громоздкие, их нелегко интегрировать в существующую информационную сеть предприятия. Работа с платным программным обеспечением требует регулярных финансовых вложений: для установки, дальнейшего обслуживания и обновления. Для маленьких компаний это довольно серьезная статья расходов, поэтому они предпочитают бесплатные складские программы с ограниченными возможностями. Цель работы: разработка автоматизированной системы складского учета с простым интерфейсом и широким набором функций, которая позволит существенно ускорить получение необходимой информации, а так же сократить издержки предприятий по приобретению дорогостоящих универсальных программ. В предлагаемом программном продукте используются новые возможности для минимизации ручного ввода информации и увеличения производительности системы в целом – шаблоны выполнения складских операций (предварительная группировка данных, доступных пользователю на форме ввода). Работа пользователя с данными напрямую связана с правами доступа, которые ему определил администратор. При работе в программе происходит сохранение информации, что может быть важным для анализа ошибок при получении и выдачи товара, передачи служебной информации. За счет того, что база данных хранится в формате SQL, имеется возможность использовать штатные средства SQL- сервера по резервированию баз данных. Кроме того, предлагаемый программный продукт имеет понятный современный пользовательский интерфейс с минимумом кнопок и максимумом возможностей, все действия пользователя являются обратимыми, имеется гибкая система настройки доступа к справочникам и другим документам, имеется возможность вывода всех документов на печать. 221 УДК 528.854.2 Анализ методов геометрической параметризации линии на изображениях Кирилюк Д.И., Костусев А.В., Кулаженко Ю.И. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники В настоящее время в связи с развитием мобильных систем наблюдения специального назначения стоит актуальная задача – обработка изображений в реальном масштабе времени. Для ее решения широко используются методы, которые учитывают распределение градиента яркости в окрестностях реперных точек. Однако, в условиях проекционных искажений эффективность градиентного подхода снижается. Устранение данного недостатка возможно за счет геометрического подхода. Геометрические методы применялись в задачах для обработки изображений, имеющих искусственную природу (например, печатные платы, детали конструкций, САПР). Поэтому актуальной задачей в настоящее время является модернизация существующих геометрических методов и создание новых методов для обработки изображений, имеющих естественный характер (например, спутниковые, ландшафтные). Целью настоящей работы является теоретический анализ методов геометрической параметризации линий на изображениях. Основными требованиями к дескрипторам линий являются: устойчивость к проективным преобразованиям; устойчивость к шуму; высокая скорость формирования; произвольность формы кривой. Теоретический анализ показал, что для решения поставленной задачи, с учетом вышеуказанных требований, наиболее эффективны методы на основе Фурье-дескрипторов, сигнатур или цепных кодов. Методы на основе Фурье-дескрипторов используют дискретное преобразование Фурье конечной последовательности комплексных чисел (координаты точек рассматриваются как комплексные числа), позволяют по коэффициентам преобразований восстановить линию. Сигнатуры – одномерные функции, взаимно-однозначно определяющие кривую линию, строятся относительно некоторой фиксированной точки (центра). Особенностью цепных кодов является кодирование направлений и длин прямых отрезков линии. Вычислительная сложность вышеназванных методов примерно одинаковая. Методы на основе Фурье-дескрипторов устойчивы к повороту, параллельному переносу. Устойчивость методов на основе сигнатур и цепных кодов зависит от выбора фиксированной (начальной) точки. 222 УДК 621.3.01 Разработка программного обеспечения для моделирования складского манипулятора Павлова В.Л., Напрасников В.В., Боровок О.А., Ермилов В.В. Белорусский национальный технический университет В данной работе была поставлена задача по созданию программы на языке APDL, предназначенной для анализа напряженно-деформированного состояния и устойчивости конструкции складского манипулятора (рисунок 1). На основе созданной программы рассчитаны перемещения, напряжения, формы потери устойчивости и коэффициенты запаса по устойчивости для первых четырех форм, возникающие в элементах конструкции при действующих рабочих нагрузках. Рисунок 1. - Балка при угле поворота 30 градусов Анализ результатов показывает, что для рационального варианта • При увеличении угла поворота второй секции максимальные перемещения на конце стрелы увеличиваются и достигают и суммарной величины 0,11м, • При увеличении угла поворота второй секции максимальное сжимающее напряжение в конструкции увеличивается и составляет S3=-0,53*е8 Па, • При увеличении угла поворота второй секции максимальное сжимающее напряжение по теории прочности Мизеса в конструкции увеличивается и составляет 0,63*е8 Па, • Коэффициент запаса потери устойчивости по первой форме для угла 90 градусов составляет 667, потеря устойчивости для рассматриваемого варианта не произойдет. 223 УДК 621.396.96 Особенности алгоритмов комплексной адаптивной фильтрации в задачах инерциально-спутниковой навигации Мороз А.Н., Сидорович О.В., Бабченок А.А. Военная академия Республики Беларусь Для синтеза динамических систем, учитывающих случайный характер динамики подвижных объектов, широкое применение получил адаптивный подход [1]. При адаптивном подходе система фильтрации будет представлять собой набор фильтров, в структуру каждого из которых заложена априорная информация на оптимальное выделение параметра. В зависимости от способа организации взаимодействия фильтров, можно выделить следующие системы адаптивной фильтрации [2]: автономная многомодельная (Autonomous Multiple- Model (AMM)); обобщенная псевдобайесовская первого порядка (First-Order Generalized Pseudo-Bayesian (GPB1)); обобщенная псевдобайесовская второго порядка (Second-Order Generalized Pseudo-Bayesian (GPB2)); многомодельная с организацией взаимодействия (Interacting Multiple-Model (IMM)). В адаптивной AMM системе фильтрации взаимодействие фильтров не производится. В адаптивной GPB1 системе фильтрации организация взаимодействия фильтров заключается в замене условных оценок и матриц дисперсий ошибок фильтрации итоговыми оценками и матрицами ошибок фильтрации. Система GPB2 состоит из M2 фильтров, которые работают параллельно, а оценка вычисляется по каждой модели на текущем и предыдущем шаге. В адаптивной IMM системе фильтрации оценка и матрица дисперсий каждого фильтра взвешивается по результатам работы других фильтров. На основе моделирования алгоритмов AMM, GPB1, GPB2, IMM можно сделать следующие выводы: 1) использование многомодельных алгоритмов с организацией взаимодействия фильтров в навигационных задачах подвижных объектов является целесообразным; 2) точность оценок вектора состояния зависит от вида взаимодействия и наилучшие точностные показатели имеет алгоритм GPB2, худшие показатели качества AMM; 3) по соотношению «качество-быстродействие» наиболее приемлемым является использование алгоритма IMM. Литература 1. Перов А. И. Статистическая теория радиотехнических систем / А. И. Перов. − М.: Радиотехника, 2003. − 400 с. 2. Li X. R. A Survey of Maneuvering Target Tracking. Pt. V: Multiple-Model Methods / X. R. Li, V. P. Jilkov // IEEE Trans. Aerospace and Electronic Systems. − Nov 26, 2003. − 58 p. 224 УДК 61.513.5 Современные методики регистрации экзопланет на службе информационных технологий Пискунов П.В., Новиков С.О. Белорусский национальный технический университет Идея о том, что раз вокруг нашего Солнца крутятся планеты, значит, должны существовать планеты и вокруг других звезд, появилась давно. Сейчас именно такие планеты называются экзопланетами — extra solar pla- net (внесолнечные планеты). Люди давно начали думать, как можно открыть планеты у других звезд. Это трудно сделать по двум причинам: во-первых, сама планета имеет относительно небольшие размеры, светит очень плохо и только отраженным светом, заметить ее трудно, и во- вторых, еще труднее ее заметить, потому что она находится рядом с очень яркой звездой. Первая экзопланета у звезды типа Солнца была открыта методом Доплера: планета, вращаясь вокруг звезды, немного заставляет звезду двигаться, и это можно заметить. Получая спектр звезды с очень высокой точностью, можно увидеть спектральные линии, если звезда движется к нам, то все линии смещаются в синюю область спектра, если от нас, то в красную. Второй способ открытия экзопланет заключается в следующем. Hаблюдая Солнце, можно увидеть, как Венера или Меркурий проходят по диску Солнца. В этот момент самой планеты не видно, также не видно никакого темного пятна на звезде, но блеск звезды немного падает. Действительно немного — это может быть одна десятитысячная или несколько десятитысячных. Если это происходит периодически, то единственно разумная причина — это про-хождение планеты по диску звезды. Такие планеты называют транзитными, а само явление — транзитом, и это очень хороший способ открытия экзопланет. Такие наблюдения обычно проводят из космоса. Именно таким способом спутник Kepler уже достаточно надежно открыл почти тысячу экзопланет. Есть несколько тысяч очень надежных кандидатов, из которых 90% с течением времени будет подтверждено. Сегодня – это два основных способа открытия экзопланет, но есть еще несколько довольно интересных. Поиск и открытие экзопланет сулит большую выгоду и не только техническую, но и поможет дать ответ на вопрос каким образом зародилась наша Солнечная система и как развивалась и что ждет ее в будущем. 225 УДК 61.513.5 Результаты космических исследований в информационных технологиях и инновационных проектах Пискунов П.В., Новиков С.О. Белорусский национальный технический университет Астрономия — это уникальная наука, где мы можем только наблюдать, единственная естественная неэкспериментальная наука. Эксперименты ставит природа, а мы смотрим, как она это делает. Вселенная невероятно большая, и если нужно изучать какие-то процессы в такой лаборатории, то необходимо изучать астрологические, астрономические и космологические явления. Самая большая обсерватория по изучению космических лучей - это обсерватория Пьера Оже в Аргентине. Там стоит более 1000 наземных детекторов, и 24 наземных телескопа, которые просматривают область над детекторами на предмет оптических вспышек от частиц, которые влетают в атмосферу. Цель обсерватории в том, чтобы изучать частицы очень высокой энергии в миллиарды раз больше, чем на большом адронном коллайдере. Проект “Аманда”, в Антарктиде помог обнаружить нейтрино, благодаря тому, что они плохо взаимодействуют с веществом они могут пролетать там, где больше ничего пролететь не может. Обнаружение данных частиц помогло узнать, как Солнце выглядит внутри. Один из самых дорогих проектов в астрономии - это телескоп им. Хаббла. Снимки телескопа дают уникальную информация о внегалактических объектах. Космос всегда был дорогим удовольствием, и в нормальной ситуации каждая идея, прежде чем получить желаемое финансирование, должна пройти очень жесткий отбор, выдержав критику экспертов и заинтересованного сообщества. Примером может служить конкурс перспективных космических миссий, проводимый в последние годы Европейским Космическим Агентством. По его результатам в ближайшие двадцать лет будет создан десяток космических аппаратов, предназначенных для решения очень широкого круга научных задач. Если смотреть на космические программы с точки зрения и стратегии, и тактики, нужно, следующее. Во-первых, нужно всемерно стремиться сократить стоимость доставки грузов на орбиту и отрабатывать технологии сборки всего, что нужно, на орбите. Во-вторых, нужно всячески расширять использование спутниковых технологий. В-третьих, нужно сделать бытом присутствие человека в околоземном пространстве. В-четвёртых, нужно сделать рядовым событием полёты человека за пределы околоземного пространства. В-пятых, нужно расширять «географию» полётов по Солнечной системе для автоматических станций. 226 УДК 61.513.5 Развитие информационных технологий и будущее экзопланетных исследований Новикова Л.И. Белорусский национальный технический университет Большая часть экзопланет и огромное число кандидатов в экзопланеты открыты с помощью спутника «Кеплер». При этом удается определить радиус экзопланеты, но не массу. Для изучения планет нужно знать и их массу, и радиус. Поэтому очень важно осуществлять программы по определению масс экзопланет, которые уже открыты спутником «Кеплер». Делать это проще, поскольку известно, с каким периодом двигается экзопланета, а также, когда звезда должна двигаться к вам, когда от вас, и проще выделить очень слабый сигнал на фоне различных шумов. Тем не менее разрабатываются специальные программы, строятся новые инструменты, в том числе для крупных телескопов, основная задача которых — определять массы экзопланет, обнаруженных «Кеплером». Планируется запуск специального спутника, который называется Cheops, он будет определять радиусы тех экзопланет, для которых уже измерены их массы. Следующий большой проект, следующий спутник, который придет на смену «Кеплеру», называется TESS. Он будет так же, как «Кеплер», искать экзопланеты около близких, достаточно ярких звезд. Но будет принципиальная разница в методике наблюдений. «Кеплер» смотрел все время в один и тот же кусочек неба и наблюдал несколько сот тысяч звезд. Теперь же задача состоит в том, чтобы искать экзопланеты по всему небу, но выбирая достаточно яркие близкие звезды по очень хорошей причине: TESS должен полететь в 2017 году, и, если все будет хорошо, в это время будет работать следующий космический телескоп — телескоп имени Джеймса Вебба. Следующий большой европейский космический проект — PLATO, и он предназначен для поиска большого количества планет типа Земли. Но космические аппараты, на мой взгляд, за исключением космического телескопа следующего поколения, — это все-таки аппараты для открытия, а не аппараты для детального изучения. Дело в том, что экзопланеты — объекты слабые, и, соответственно, от них поступает мало света. Для более детальной информации нужно ловить много фотонов. Для этого нужны большие телескопы, которые предназначены именно для того, чтобы собрать много света, весь его направить в прибор, который будет что-то изучать, например, в спектрограф, и получить детальный спектр. Поэтому очень важно, чтобы развивались большие наземные инструменты в виде телескопов и систем обработки информации с большой производительностью. 227 УДК 621.397 Метод сжатия мультиспектральных изображений на основе комбинированного энтропийного кодирования Садик Б.Дж., Бобов М.Н., Жад И., Алкалби А.С.Д. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Развитие бортовой аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) связано с повышением ее пространственного и спектрального разрешения, а также увеличением битовой глубины изображений. Перспективные разработки ориентированы на формирование с частотой около 1 Гц мультиспектральных изображений (МСИ), включающих несколько сотен спектральных каналов, каждый из которых содержит 16-ти разрядное изображение размером около 2000х4000 пикселей. В таких условиях скорость формирования данных ДЗЗ может достигать 40 Гбит/с. Это является проблемой, как для передачи, так и для хранения МСИ, т.к. требует согласования скорости формирования МСИ с пропускной способностью радиоканала «борт-Земля» (ограничен в настоящее время 10 Гбит/с) и емкостью бортовой памяти (10 минут записи МСИ требуют около 3 Тбайт памяти). Кроме того, требуется, как правило, сжатие МСИ без потерь. При этом скорость сжатия должна быть согласована со скоростью формирования МСИ, что требует использования быстродействующих алгоритмов эффективного кодирования. Разработан метод сжатия МСИ на основе комбинированного энтропийного поразрядного кодирования межканальных разностей. Сущность метода состоит в вычислении поразрядных разностей (логического «Исключающего ИЛИ») соседних спектральных каналов МСИ, исключения из процесса кодирования младших битовых плоскостей, группирования старших и средних битовых плоскостей и их раздельного энтропийного кодирования с использованием различных методов. Предложенный метод может быть реализован с помощью алгоритмов трехуровневого последовательного или блочного поразрядного кодирования межканальных разностей. Оба алгоритма предполагают возможность прогрессивной передачи и декодирования, когда кодируются, передаются и декодируются сначала старшие битовые плоскости, затем – средние, а затем – младшие. При этом обеспечивается возможность предварительного просмотра содержимого спектральных каналов МСИ в низком разрешении. Установлено, что двухуровневое поразрядное межканальное энтропийное кодирование обеспечивает увеличение коэффициента сжатия МСИ в 1,62 раза по сравнению с попиксельным поканальным эффективным кодированием. 228 УДК 629.735.33 Программное обеспечение инженерно-штурманских расчетов полета беспилотного летательного аппарата малой дальности Куприянов А.Б., Наумёнок А.Л. Научно-производственный центр многофункциональных беспилотных комплексов НАН Беларуси Инженерно-штурманский расчет (ИШР) полета беспилотного летательного аппарата (БЛА) включает определение рубежей возврата БЛА по запасу энергии бортовой аккумуляторной батареи (АКБ) и по дальности прямой радиовидимости, времени прибытия в каждую точку маршрута и достижимость каждой из точек маршрута при полете по маршруту. ИШР можно разделить на предварительный (до старта БЛА) и текущий (во время полета). В предварительном ИШР требуется по заданным координатам точек старта, точек маршрута и точки посадки БЛА рассчитать и отобразить на электронной карте местности (ЭКМ) рубежи возврата, достижимость каждой из точек маршрута и время прибытия в них с учетом прогнозируемых скорости и направления ветра в зоне полета. В текущем ИШР требуется рассчитать и отобразить на ЭКМ рубеж возврата БЛА в заданную точку по реальному остаточному заряду АКБ, оставшееся время полета и оставшееся время до прибытия в каждую точку маршрута полета. Разработанное программное обеспечение позволяет решать поставленные задачи с приемлемой для штурманских расчетов точностью при использовании метеоданных только в точке старта и пересчете их по высоте полета БЛА. Экспериментальная проверка точности ИШР проводилась по десяти кратному пролету маршрута БЛА с оценкой расчетного и экспериментального времени прибытия БЛА в соответствующие точки маршрута. В результате эксперимента было установлено среднее значение отклонения расчетного времени прибытия в точку маршрута от экспериментального, которое составило 2 секунды. Максимальное отклонение расчетного время прибытия в точку маршрута от экспериментального не превышало 10 секунд, что соответствует требованиям, предъявляемым к БЛА данного класса. Полученные экспериментальные значения показали, что разработанное программное обеспечение для ИШР позволяет производить необходимые штурманские расчеты с точностью достаточной для обеспечения полета БЛА малой дальности. 229 УДК 539.216:546.824-31 Метод масочной нормализации линий по толщине Шевчук О.Г., Цветков В.Ю. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники При параметризации и идентификации линий и замкнутых объектов тонкие границы дают значительно лучший результат. Поэтому после применения операторов выделения границ (Канни, Робертс и др) необходимо подвергать выделенные линии дополнительной обработке – скелетизации. В результате скелитизации происходит удаление всех избыточных контурных пикселей и формируются контурные линии толщиной в один пиксель. Широко используемые методы скелетизации, такие как алгоритм Зонга-Суня, шаблонная скелетизация, волновой метод, алгоритм Щепина, обеспечивают максимальное утончение контурных линий. Однако данные подходы не эффективны для скелетизации контурных линий, имеющих толщину несколько пикселей, так как ориентированы на обработку площадных объектов любого размера, и поэтому используют итеративные алгоритмы удаления избыточных контурных пикселей до достижения требуемой толщины линии, что приводит к росту времени контурной обработки. Для сокращения времени контурной обработки контурных линий, имеющих толщину несколько пикселей, можно использовать нормализацию линий по толщине, которая основана на обработке формы линий и не итеративных алгоритмах. Цель – разработка метода нормализации контурных линий по толщине. Предлагается метод нормализации контурных линий по толщине на основе масочного анализа ориентации связанных и удаления избыточных контурных пикселей. Метод позволяет повысить скорость контурной обработки за счет однократного анализа каждого пикселя по сравнению с известными методами скелетизации, использующими многократную обработку пикселей. Сущность метода заключается в классификации фрагментов контурной линии с помощью масок, определении избыточных контурных пикселей в этих фрагментах и их удалении. Предложенный метод превосходит по быстродействию алгоритм Зонга- Суня. К недостаткам метода относится невозможность его применения к линиям толщиной более 3 пикселей, на что направлены основные методы скелетезации. Однако данный метод специально разработан для удаления избыточных пикселей выделенной линии. 230 УДК 621.391 Метод выделения прямых линий на основе форм-фактора Шевчук О.Г., Волков К.А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Методы обработки перекрывающихся изображений (наложение, сравнение, построение панорам и т. д.) основаны на локализации реперных элементов. Наиболее эффективные методы локализации реперов, такие, как SIFT и SURF, используют характерные точки. Это позволяет снизить вычислительную сложность сопоставления изображений по сравнению с корреляционными методами, однако приводит к низкой устойчивости результатов локализации реперов, к изменению яркости, контраста и зашумлению изображения. Прямые линии обладают значительно большей устойчивостью по сравнению с точками. Для их выделения на изображениях широко используются методы, основанные на пре-образовании Хафа, масочном поиске, вычислении градиента и квантовании по ориентации. Однако вычислительная сложность этих методов высока. Устранить данный недостаток можно за счет учета соотношения длин контурных линий и расстояний между их концевыми точками. Таким образом, предлагается метод детектирования прямых линий на основе форм-фактора – отношения размера контурной линии, вычисляемого по известным координатам ее конечных точек, к длине контурной линии, определяемой суммой образующих ее контурных точек. Для прямых контурных линий данное соотношение должно быть близко к единице. По этому критерию предложенный метод позволяет выделять только изолированные прямые линии, не имеющие пересечений с другими линиями. Предложенный метод состоит из следующих шагов: 1. Контурная фильтрация изображения. 2. Геометрическая нормализация контуров на изображении. 3. Сегментация контурных линий. Их классификация по числу концевых точек и выделение линий с двумя концевыми точками. 6. Определение длин сегментированных контурных линий в пикселях. 7. Определение геометрических размеров сегментированных контурных линий. 8. Вычисление форм-фактора линии. 9. Анализ форм-фактора линии. Метод позволяет снизить вычислительную сложность выделения прямых контурных линий за счет обработки относительно небольшого числа контурных пикселей. 231 УДК 621.3.01 Использование языка APDL для подготовки геометрической части конечно-элементной модели охлаждающего устройства Ширвель А.Г., Напрасников В. В., Боровок О.А., Ермилов В.В. Белорусский национальный технический университет В данной работе была поставлена задача по созданию программы на языке APDL, предназначенной для создания геометрической части параметрической конструкции рассеивающего радиатора светотехнического устройства. На следующих рисунках показаны два возможных варианта конструкции. Рисунок 1 Геометрическая модель с прямыми тепловыми трубками Рисунок 2 Геометрическая модель с изогнутыми тепловыми трубками Эти и другие построенные геометрические модели в дальнейшем используются для вариантного анализа распределения температур в материале изделия и вычисления суммарного теплового потока с поверхности радиатора, значение которого является критерием эффективности конструкции. 232 УДК 621.3.01 Сдвиговая аппроксимация функций и синтез двумерных изображений Кочеров А.Л., Кочерова В.А., Боровок О.А. Белорусский национальный технический университет Один из эффективных методов синтеза двумерных изображений может быть построен с помощью сдвиговой аппроксимации функций. Применительно к обсуждаемой задаче основные положения данного вида аппроксимации могут быть сформулированы следующим образом. Пусть желаемому изображению соответствует распределение интенсивности светового потока ( ),K x y , ( ),x y – декартовы координаты в картинной плоскости. Это распределение будем называть желаемым. Требуется представить (приближенно) распределение интенсивности ( ),K x y в виде линейной суммы сдвигов двумерных гауссовых функций: ( ) ( ) 0 , , , S k k k k K x y A F x y = ≈ ⋅ − λ −µ σ∑ , где kA – амплитуда двумерной гауссовой функции (амплитуда парциального пучка); ( ), ,F x y σ – двумерная гауссова функция с параметром σ ; kλ – сдвиг вдоль оси OX ; kµ – сдвиг вдоль оси OY ; 1S + – количество парциальных пучков, используемых для приближения желаемого распределения интенсивности. Для заданного значения S и выбранного распределения ( ),K x y параметры парциальных пучков kA , σ ; kλ , kµ могут быть найдены с помощью вычислительной процедуры, основанной на применении метода наименьших квадратов и сводящейся в конечном итоге к решению матричного уравнения, которое проще всего выполнить численными методами. Теперь, считая, что значения kA , σ ; kλ , kµ для желаемого распределения определены, обсудим некоторые особенности технической реализации синтезированного изображения. Наиболее просто синтезированное изображение реализуется с помощью 1S + источников излучения, например, однотипных лазеров. При этом пространственное рассогласование положений их оптических осей определяется расстоянием до картиной плоскости и значениями kλ и kµ , а значение kA определяет мощность излучения k -го лазера. 233 УДК 621.3.01 Особенности программной реализации алгоритма сдвиговой аппроксимации двумерных изображений Кочеров А.Л., Кочерова В.А., Боровок О.А. Белорусский национальный технический университет При сдвиговой аппроксимации двумерных изображений исходное изображение, представленное, например bmp-файлом, моделируется конструкцией вида: ( ) 0 , , S k k k k A F x y = ⋅ − λ −µ σ∑ , где kA – амплитуда двумерной гауссовой функции (амплитуда парциального пучка); ( ), ,F x y σ – двумерная гауссова функция с параметром σ ; kλ – сдвиг вдоль оси OX ; kµ – сдвиг вдоль оси OY ; 1S + – количество парциальных пучков, используемых для приближения желаемого распределения интенсивности. Таким образом, для заданного изображения необходимо определить параметры парциальных пучков kA , σ ; kλ , kµ . Это можно сделать путем программной реализации алгоритма, обобщенная схема которого приведена на рис.1. Значения амплитудВычисление амплитуд Построение синтезированного изображения Синтезированное изображение Входные данные Рисунок 1. - Обобщенная схема алгоритма Рассмотрим основные особенности программной реализации данного алгоритма в программной среде MathCad. Входными данными алгоритма является изображение, представленное в bmp –формате: значение яркости пикселя записывается целым числом от 0 до 255, «0» – черный, «255» – белый; данные записываются прямоугольной матрицей; для считывания файла данных используется встроенная процедура «READBMP». Параметры парциальных пучков kA , σ ; kλ , kµ находятся с помощью вычислительной процедуры, основанной на применении метода наименьших квадратов и сводящейся в конечном итоге к решению матричного уравнения. В докладе приводятся блок-схема, текст программы и примеры использования обсуждаемого алгоритма. 234 УДК 629.735.33 Исследование беспилотного летательного аппарата как объекта управления Арефьев Н.Н. Белорусский национальный технический университет В настоящее время большинство существующих беспилотных летательных аппаратов (БЛА) пилотируются вручную, с помощью пультов дистанционного управления, работающих на радиоканалах. При ручном управлении БЛА возникают трудности, связанные с подготовкой пилотов, недостаточной рабочей дальностью, ограничениями, связанными с погодными условиями. В данной работе в качестве объекта исследования рассмотрен БЛА со специфической конструкцией: самолет оснащён четырьмя подвижными элевонами, расположенными в хвостовой части самолета, на которые самолет устанавливается на позициях взлета и посадки. БЛА в такой позиции способен взлетать с любой горизонтальной поверхности, что позволяет использовать его в любых районах Земли без специальных стартовых площадок или аэродромов. Сам по себе БЛА - лишь часть сложного многофункционального комплекса. В отличие от пилотируемой авиации для БЛА требуются дополнительные элементы системы обеспечения. К ним относятся сам беспилотный аппарат, рабочее место оператора, программное обеспечение, линии передачи данных и элементы, необходимые для выполнения целей полета. БЛА как объект управления представляет собой сложную динамическую систему из-за наличия большого количества связанных между собой параметров и сложных перекрестных взаимодействий между ними. Сложное движение часто разбивают на простейшие виды: угловые движения и движения центра масс, продольное и боковое движение. Органы управления, создающие управляющие воздействия, можно разделить на две группы: - органы продольного управления, обеспечивающие движение в продольной плоскости; - органы управления боковым движением, обеспечивающие необходимый характер изменения углов крена, скольжения и рыскания. Подобное деление органов управления является условным, так как можно привести режимы полета, в которых органы управления оказывают перекрестные воздействия на другие движения. В то же время такой подход позволяет выделить главные функции конкретных органов и каналов управления. 235 УДК 629.7+531.383 Особенности оценивания случайного процесса по критерию максимума апостериорной вероятности Лобатый А.А., Арефьев Н.Н. Белорусский национальный технический университет В современных системах управления подвижными объектами, к которым относится большой класс беспилотных (летательных, наземных, надводных и т.п.) аппаратов, для получения информации о внешней среде и состоянии объекта управления используются источники информации различной физической природы и конструктивного устройства. В условиях интенсивного развития информационных систем и технологий большое значение имеет разработка алгоритмов обработки информации, поступающей от различных источников. Рассматривается задача получения уравнения для апостериорной плотности вероятности стохастического марковского процесса при линейной модели измерений. В отличие от распространенных подходов, основанных на рассмотрении в качестве критерия оптимизации минимума среднего квадрата ошибки оценивания, в данном случае в качестве критерия оптимизации рассматривается максимум апостериорной плотности вероятности оцениваемого процесса. Априорная плотность вероятности оцениваемого процесса изначально считается гауссовой дифференцируемой функцией, что позволяет разложить её в ряд Тейлора без использования в промежуточных преобразованиях характеристических функций и разложения на гармоники. Для малых интервалов времени плотность вероятности вектора ошибок измерений по определению так же задается гауссовой с нулевым математическим ожиданием. Это даёт возможность получить математическое выражение для функции невязки, характеризующей отклонение значений реального измерения процесса от его математической модели. Для определения оптимальной апостериорной оценки вектора состояния задается предположение, что эта оценка соответствует ее математическому ожиданию - максимуму апостериорной плотности вероятности. Это даёт возможность на основе формулы Байеса для априорной и апостериорной плотности вероятности получить уравнение Стратоновича-Кушнера. Использование уравнения Стратоновича-Кушнера позволяет решать различные задачи фильтрации, идентификации, сглаживания случайных процессов, полученных на выходе зашумленных измерителей, при известных математических моделях исследуемых систем. 236 UDC 620.92+502.174.3 Photovoltaic Station Analytical Model Imad Elzein, Yury N. Petrenko Lebanese International University Белорусский национальный технический университет Before installing a Photovoltaic (PhV) system, a good performance estimation of the adopted PhV generators is necessary since the initial cost of the system is pretty high. The working principle of PhV cells is essentially based on the PhV effect, which refers to the generation of a potential difference at the P-N junction in response to visible or other radiation. The behavior of a solar cell, as a common approach, is usually modeled by a 1-diode and 2-resistor (1D-2R) electric circuit; this simplest approximation gives satisfactory the nature of the more important physical effects related to the photovoltaic conversion of the sunlight to voltage and current. Conventional PV models are generally analytical equations based on a physical description formulating photovoltaic generated current (I) with the operating voltage (V), the ambient temperature (T) and the irradiance (G). It is reported that a nonlinear implicit relationship exists between I and V, but normally necessitates using tedious iterative numerical calculations. In order to facilitate the choice of the most appropriate method for the given particular application, the methods are classified according to their lumped parameter equivalent circuit model: single exponential, double-exponential, multiple-exponential, with and without series and parallel resistances These numerical and estimation methods significantly increase the computation complexity and thus are not feasible for real-time prediction of I-V characteristics. It seems to be very essential because more recently appears an increasing attention for high-speed performance estimation PhV models are more and more frequently suggested using to execute real-time optimization of the photovoltaic stations. One solution of this problem (leaving aside any numerical help) appears as a more compact approach may be derived by applying the Lambert W- function, which is defined as Z=W(z) exp( W(z)), where z is any complex number. The general approach to apply the Lambert W-function in solving exponential equation of the PhV cell is to use the following equivalence X=Y(expY) Y=W(X) The Lambert W function is supported in all modern computational platforms, such as MATLAB, Maple, and Mathematica. 237 UDC 620.92+502.174.3 Predictive Model Control for Photovoltaic Station Maximum Power Point Tracking System Imad Elzein, Yury N. Petrenko Lebanese International University Белорусский национальный технический университет A maximum power point tracking algorithm is necessary to increase the efficiency of the solar panel. Due to the growing demand on electricity, the limited stock and polluted nature of conventional sources (such as coal and petroleum, etc.), photovoltaic (PhV) energy becomes a promising alternative as it is omnipresent, freely available, environment friendly, and has less operational and maintenance costs. Therefore, the demand of PV generation systems seems to be increased for both standalone and grid-connected modes of PhV systems . An efficient maximum power point tracking (MPPT) technique is necessary that is expected to track the MPP at all environmental conditions and then force the PV system to operate at maximum efficiency. Model predictive control (MPC) offers several important advantages: (1) the process model captures the dynamic and static interactions between input, output, and disturbance variables, (2) constraints on inputs and outputs are considered in a systematic manner, (3) the control calculations can be coordinated with the calculation of optimum set points, and (4) accurate model predictions can provide early warnings of potential problems. Knowing that the overall objectives of an MPC controller can be summarized: i) To prevent violations of input and output constraints; ii) Drive some output variables to their optimal set points, while maintaining other outputs within specified ranges; iii) Prevent excessive movement of the input variables; iv) Control as many process variables as possible when a sensor or actuator is not available. MPC, is a model-based on line control approach with the following modules: a prediction horizon, a receding horizon procedure, and a regular update of the model and re-computation of the optimal control input . A MPC system consist of the following devices: - a process model is used to predict the current values of the output variables; -the residuals, the differences between the actual and predicted outputs;- feedback signal block;-a Prediction block. The predictions are used in two types of MPC calculations that are performed at each sampling instant: set- point calculations and control calculations. The set points for the control calculations, also called targets, are calculated from an economic optimization based on a steady-state model of the process, traditionally, a linear model. Typical optimization objectives include maximizing a profit function, minimizing a cost function, or maximizing a production rate. 238 УДК 629.13.014-506.4 Компьютерная модель системы автоматического управления беспилотного летательного аппарата Гриднев Ю.В., Иванов А.Г. Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси Разработана компьютерная модель в среде МАТLAB-SIMULINK САУ беспилотного летательного аппарата (БЛА) с пятью каналами управления. Модель системы автоматического управления (САУ) БЛА включает в себя модель планера беспилотного самолета, модель формирования аэродинамических сил и моментов для управления самолетом с учетом скорости и высоты его полета в реальной атмосфере, модель автопилота, модели фильтра Калмана и бесплатформенной инерциальной системы управления (БИНС) и модель блока ручного управления. Кроме того компьютерная модель системы имеет блок стандартных сигналов для оценки динамических свойств систем моделей и блок визуального отображения информации. В процессе моделирования на вход компьютерной модели подавались сигналы “Step” и “Ramp” и определялись переходные и динамические ошибки систем управления для модели планера в кватернионах и с углами Эйлера. Переходные процессы показали, что модель планера в кватернионах возвращает самолет в устойчивое состояние при любых углах тангажа в отличие от модели планера с углами Эйлера. Моделирование показало, что расширений полосы пропускания каналов тангажа и крена приводит к появлению динамических ошибок в системе управления, которые можно стабилизировать путем введения в контур управления БЛА цепей демпфирования с определенными заданными коэффициентами обратной связи. Проведена оценка качества работы САУ БЛА и модели фильтра Калмана с учетом «белых» и «окрашенных» шумов. Использование при математическом моделировании в датчиках САУ БЛА в качестве случайных ошибок измерений «белых» шумов приводит к максимальной флуктационной ошибке САУ, а «окрашенных» шумах - позволяет уменьшить величину этих ошибок. Флуктуационные порывы ветра в виде специального сигнала на входе модели планера опрокидывают БЛА по крену. Данное нежелательное явление можно устранить за счет включения цепей демпфирования. Работа модели в режиме БИНС без GPS с течением времени приводит к увеличению ошибки отклонения самолета от заданной траектории и возбуждению модели за счет интегратора в системе БИНС. Необходима обязательная коррекция БИНС сигналами GPS. 239 UDC 621.002 Mash network in an academic campus Pei Ping Белорусский национальный технический университет The wireless network is a large network in an academic campus. The traditional cabling wiring can not be satisfied with new demand networking. So it is necessary to consider the issue to choose a new network scheme for the entire network system for effective security management. There are some university campus have installed wireless networking already, however is does not stand for successful using in campus. The main problems from: 1. basically, the coverage from outside is not useful. 2. The signal is not stable, the user always disconnect from internet. 3. It is difficult to manage the users. In traditional way to solve these problems is install AP point at high density. Using Mesh networking to build network could provide high quality coverage in outdoor with indoor. Mesh network has special topology to suitable for rapid deployment. It has a few of wireless AP (access point) to constitute Mesh structure. AP connected with each other by repeater, fig.1. Fig. 1. - University campus Mesh network structure The benefit in the mesh network structure: 1. self – organization. 2. Self – healing. 3. Multi – hop 4. Point to point topology. Thus, the hug university campus and public area propitious to structure a mesh network in real life. 240 УДК 629.7 Управление электродвигателем гибридной системы автоматического управления Абуфанас А.С. Белорусский национальный технический университет Рассматриваются особенности импульсного управления гибридной электротехнической системой, к классу которых относятся системы, содержащие в своем составе как непрерывные, так и дискретные элементы. Управление гибридной системой (электродвигателем постоянного тока) осуществляется в данном случае последовательностью прямоугольных импульсов с постоянными амплитудой и периодом следования, но с переменной длительностью, зависящей от величины прогнозируемого на интервале оптимизации сигнала управления. Рассматривается линейная детерминированная модель системы управления, характерная для большинства гибридных электротехнических систем. Для данной постановки задача поиска оптимального управления представляет собой задачу аналитического конструирования оптимального регулятора, которая имеет аналитическое решение. Предлагается решать задачу оптимального управления гибридной системой на основе формирования такого сигнала управления на выходе контроллера (регулятора), который минимизирует заданный интегральный функционал качества, в качестве которого рассматривается линейный квадратичный функционал Летова-Калмана вида 0 2 2 1 2 0 2 2( ) ( ) ( ) ( ) kt k t J Dy t Qy t K t u t dt− = + + ∫ , (1) где y1 и y2 – в данном случае переменные математической модели, описывающей работу электродвигателя. Математическая модель сигнала управления ( )u u t= представляется в виде последовательности импульсов вида 0 ( ) ( , ) ( ) n i i i u t Y t t tµ δ = = −∑ , (2) где ( )it tδ − – δ -функции Дирака. Определив u(t) на интервале оптимизации [t0 tk] и проинтегрировав выражение (2) по времени, считая, что на этом интервале имеется один прямоугольный управляющий импульс, с постоянной амплитудой Аи=Us длительность управляющего импульса вычисляется по формуле 0 1 ( ) kt и и t t u t dt А = ∫ (3) 241 УДК 519.6 Функция плотности вероятности показателя качества подсистемы поддержки принятия решений при реализации адаптивного учебного ресурса Кондратёнок Е.В., Кондратёнок В.А. Белорусский национальный технический университет Применение системы поддержки принятия решений (СППР) стало повсеместной практикой при разработке проектов различной сложности и направлений. В [1] авторами было предложено по аналогии с [2, 3] использовать линейную аппроксимацию функции плотности вероятности показателя качества следующего типа: ( )       −      − − −= −− мм м1 м 1 2 1 2 2 1 , W W W WW W WWP ii i i iii δ δ δ , (1) где Wi – значение показателя качества по результатам изучения обучающимся i-го учебного модуля (оценка знаний); Wм – максимальное значение показателя качества; δi – интенсивность влияния преподавателя на обучающегося. В [1] указанное выражение рассматривалось для анализа интенсивности управляющего воздействия при различных уровнях подготовленности обучающихся в соответствии с теоретическими моделями [1, 2] при реализации адаптивного учебного ресурса (АУР). Полученные результаты подтвердили изначальные предположения и показали необходимость уточнить выражение (1). Авторами был проведен педагогический эксперимент с целью оптимизации коэффициента управляющего воздействия на каждом этапе обучения в зависимости от требуемого результирующего показателя и имеющихся возможностей педагога. Результаты представлены в докладе и будут оформлены в виде отдельной статьи. Литература 1. Кондратёнок Е.В., Кондратёнок В.А. Анализ возможности использования СППР при реализации АУР // Системный анализ и прикладная информатика. – №4. – 2015. – С.27-30. 2. Топольский Н.Г., Членов А.Н. Вероятностно-статистический подход к решению задач создания сложных систем безопасности объектов // Материалы ХV НПК «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков». – М.: ВНИИПО МВД России, 1999. – С. 141-142. 3. Членов А.Н., Шакирова А.Ф. Эффективность СППР при проектировании тревожной сигнализации для сложных объектов // Технологии техносферной безопасности. – №3 (37). – 2011. – С.1-6. 242 УДК 629.735.33 Проект «Муравейник» Руденик Н.В. Белорусский национальный технический университет Массовое внедрение автономной сельскохозяйственной техники еще впереди. Уже решены многие проблемы связанные с автоматизацией автономных роботов, система позиционирования и ориентации, обход препятствий, компьютерное зрение и т.д. Полноценное внедрение автономных роботов в сельское хозяйство произойдет только тогда, когда вкладывать в них будет экономически выгодней, чем в человеческий труд. Пока что, стоимость подобных аппаратов и их обслуживание в основной массе, гораздо выше, чем труд наемного рабочего. Поэтому технически уже не стоит вопрос, как сделать автономного робота-фермера, а вопрос стоит, как сделать его дешевым и в тоже время надежным в эксплуатации. Для того чтобы создать роботов по цене и функционалу востребованных рынком, ведутся разработки системы управления совместной работы простых и дешевых роботов, способных совместными усилиями выполнять поставленные задачи. Проект «Муравейник» включает в себя какое-то количество рабочих роботов находящихся под централизованным управлением. Главный робот (центр управления) распределяет задачи между рабочими роботами и следит за их выполнением, в случае необходимости корректирует их работу. Экономическая выгода такого подхода очевидна. Роботы с ограниченным функционалом дешевы в разработке и в обслуживание, но гораздо эффективнее в эксплуатации при совместном, централизованном использование. На открытых территориях, целесообразно использовать современные беспилотники типа квадрокоптеров, для управления рабочими роботами. Квадрокоптер способен за короткое время обследовать ландшафт, произвести разведку местности и передать данные на главный компьютер, который составит план действий для всех рабочих роботов. Квадракоптер является не только связующим звеном, но и вспомогательным роботом для эффективного решения поставленных задач рабочими роботами. Данные, полученные с летательного аппарата способны во много раз упростить навигационный функционал рабочего робота, что положительно скажется на его стоимости, но не отразиться на полезной мощности. Мы уверены, создавать различные, узконаправленные, дешевые роботы и объединять их в единую систему, гораздо выгоднее и функциональнее, чем делать универсальные, умные машины, чья стоимость будет окупаться годами, а в случае поломок может вообще не окупиться. 243 UDC 62-50 Problems of identification of the stochastic mathematical model Stepanov V.Y. Belarussian national technical university A mathematical model is a description of a system using mathematical concepts and language. Mathematical models can have a variety of forms, reflect the different properties of objects, characterized by varying degrees of formalization and detailing, and their purpose is to build a general presentation of the processes on the basis of individual observations of a real object of process constantly interacts with the environment and this interaction is bidirectional. The approximate system identification problem based on misfit approach, has a sub problem the computation of the closed trajectory in the behavior of a given model to a given time series. This is a smoothing problem whose solution is available in closed form. However efficient recursive algorithms and the filtering problem in which the approximation is performed in real time is another subject of interest. More detail attention of the impact of the environment to the subject is needed. The approximate identification problem is the global total least squares problem, i.e. misfit minimization problem for a class of a model. The approximate filter is based on the classical Kalman filter derived for a related stochastic system. There are two groups of acts to the state variables (phase coordinates) of the object, according to the nature of the environment influence. The first group includes the effects which modify the state variables additively. This means that signals which are proportional to these effects are added to the signals proportional to the corresponding state variables. Input effects may be useful (control signal) and interference (disturbance). The second group of environmental influences are effects state of object variables indirectly, usually not additive. Since simultaneous structural and parametric optimization can lead to the emergence of many local extremums, it is necessary to carry out the basic parametric optimization before the structure optimization. There is identity search algorithm. It measures input and the output signals of the object and carries out an active search, accompanied by tests on an adaptive model by parametric channels. This expands the boundaries performance identification systems with adaptive model. The basis of the search engines can use a simple method extremum search, starting from the simple search options and finishing gradient methods, and combinations thereof. Structure optimization must be final stage of the parametric optimization (adaptation). 244 УДК 62-503.57 Применение адаптивного алгоритма неградиентного случайного поиска для идентификации математической модели Лобатый А.А., Степанов В.Ю. Белорусский национальный технический университет Рассматривается применение неградиентного случайного поиска в математической модели стохастической системы, в которой при заданных характеристиках векторного входного сигнала ( )X X t= системы, а характеристики векторного выходного сигнала ( )Y Y t= полностью определяются стохастическим оператором ),,( tYXA : ( , , )Y A X Y t X= . (1) Изменять оператор системы можно путём изменения его структуры, а также изменением вектора параметров D. Будем полагать, что структура системы задана, а вектор параметров D определяется некой управляющей матрицей системы DU , которая имеет вид [ ]1...TD nU D D= . DU – блочный вектор (матрица- столбец) оптимизируемых параметров элементов системы. Таким образом, для оптимизируемой системы имеем зависимость ( ) ( , , , )D DY U A X Y U t X= . (2) Описание алгоритма неградиентного случайного поиска в стандартном случае приведено в (1). Имеется управляющая матрица параметров системы UD, которая может принимать значения, совокупность которых представляет собой фиксированное множество UD={u1,u2,...}. При этом фиксированному значению uk соответствуют конкретные значения вектора D=Dk. Для получения удобного для алгоритмического синтеза параметров модели также вводится в рассмотрение события Ξ , заключающееся в том, что при заданном входном сигнале X модель измерения Zм удовлетворяет требованию близости к требуемому значению Z. В частном случае при отсутствии необходимой информации априорные векторы DV могут быть равновероятными. Следует отметить, что естественная скорость работы алгоритма идентификации может быть значительно увеличена за счёт использования в системе блока адаптации, работа которого основана на использовании рекурсивного алгоритма. С применением блока адаптации априорная вероятность ν-го решения на (n+1)-м шаге адаптации равна апостериорной вероятности ν -го решения, полученного на n-м шаге адаптации. Литература 1. Казаков, И.Е. Методы оптимизации стохастических систем / И.Е. Казаков, Д.И. Гладков. – М.: Наука, 1987. – 304 с. 245 УДК 004.35+004.42 Взаимодействие модулей управления системы «Умный дом» Полховский Р.Г., Хвалей С.В. Белорусский национальный технический университет Общая система управления «Умный дом» рассматривается в аспекте систем распределенной автоматизации, которая имеет центральный компьютер, обеспечивающий сбор и хранение информации. Ставится задача интеллектуального управления ресурсами на основе прогноза поступления энергии от солнечных батарей с учетом времени суток, времени года и состояния атмосферы. Информация о запасенной энергии (текущее состояние) доступна пользователю. Ставится задача информирования потребителя в реальном времени с учетом потребления заранее запрограммированных устройств, таких как водоснабжения. аварийной сигнализации, противопожарных устройств и других, заранее определенных потребителем. В критических, с точки зрения запаса энергии, пользователю предлагается сделать выбор самостоятельно с помощью программной панели. Взаимодействие модулей в управлении системы «Умный дом» происходит по физическому интерфейсу связи RS-485. Интерфейс RS-485, благодаря своим физическим свойствам, обеспечивает длину шины до 1200 метров, что позволяет использовать его в системах автоматизации жилых помещений. Все модули, подключённые к обшей шине обмена данными, могут обмениваться информацией между собой благодаря чему, легко управлять системой. В системе используется контроллеры семейства Atmel и одноплатный компьютер на базе Raspberry PI. В качестве управляющего модуля используется одноплатный компьютер Raspberry Pi, а в качестве управляемых устройств - микроконтроллеры семействам Atmel. Возможные варианты взаимодействия: модули внутри. Между системой Управляемые модули имеют одинаковый набор датчиков и портов, для управления силовыми устройствами. При поступлении запроса от главного компьютера, контроллер передаёт информацию по шине. При поступлении информации контроллеру, он хранит их в своей памяти. На текущий момент разработана и создана система связи на базе физического интерфейса RS-485. Данный интерфейс позволяет подключать до 256 устройств с максимальной длинной шины до 1200 метров. К общей шине подключаются управляющий одноплатный компьютер и управляемыми микроконтроллерами. 246 УДК 378.146 Методы проверки и оценки успеваемости Прищеп В.И. Белорусский национальный технический университет По системе электронного образования за рубежом работают многочисленные открытые и виртуальные университеты, которые в настоящее время составляют значительную конкуренцию традиционному образованию, основанному на использовании дневной и заочной форм обучения. Может быть изменена традиционная форма получения и оценивания знаний. Основная цель внедрения электронного обучения заключается в обеспечении равного доступа всех участников образовательного процесса к лучшим образовательным ресурсам, контентам и технологиям. Это повышает качество обучения, эффективность управления образованием, информационную интеграцию с внешней средой, инфокоммуникационную грамотность студентов и позволяет освободить преподавателей и учебно- вспомогательного состава от рутинной работы, благодаря автоматизации учебного процесса. В рамках такой системы можно организовать: 1) взаимодействие студентов между собой и с преподавателем. Для этого могут использоваться такие элементы как: форумы, чаты, видеоконференции; 2) передачу знаний в электронном виде с помощью файлов, архивов, веб-страниц, лекций; 3) проверку знаний и обучение с помощью тестов и заданий; 4) совместную работу учебную и исследовательскую работу студентов по определенной теме, с помощью встроенных механизмов wiki, семинаров, форумов и прочее. В ходе выполнения проекта была создана универсальная информационная платформа на базе интернет-сайта, оснащенная всеми современными инструментами в сфере дистанционного обучения, в том числе и механизмом видеоконференций. Система предназначена для создания обучающих курсов с любыми формами представления знаний. 247 Информационные технологии и автоматизация УДК 621.91:658.512:004.942 Способ унифицированной интеграции разнородных моделей производственных систем Здор Г.Н., Новичихина Е.Р., Новичихин Р.В. Белорусский национальный технический университет Проблема. Каждая производственная система (участок, линия, цех), особенно автоматизированная и роботизированная является сложным и уникальным объектом. Для анализа таких систем требуется одновременно несколько моделей. Вид и состав моделей меняются в зависимости от объекта, задач и этапа анализа. Приходится каждый раз заново переделывать программное обеспечение для интеграции моделей и организации их взаимодействия. Цель проекта. Экономия времени, средств и квалифицированного труда при разработке программного обеспечения для моделирования производственных систем. Ожидаемый конечный результат проекта. Универсальная программная среда, которая без дополнительного программирования (без написания кода): а) настраивается на объект; б) интегрирует требуемые модели произвольного состава и функций; в) автоматически управляет согласованными запусками моделей и обменом данных между ними; г) определяет, что взаимное уточнение моделей завершено, останавливает итерации моделирования и обобщает результаты. Основная идея. В моделирующем программном обеспечении требуется совместить два противоречивых свойства – универсальность и автоматизм. Мы обратили внимание, что схожая задача успешно решается в другой предметной области – в программных средах для разработки экспертных систем (ЭС). Предлагается применить принципы построения и функционирования ЭС к моделирующему программному обеспечению. Суть предлагаемого подхода. Берем «пустую» оболочку ЭС продукционного типа с представлением знаний в виде правил. Структура правила: условия (антецеденты) => действия (консеквенты). Считаем, что знания о системе заключены в моделях. Каждую модель будем рассматривать как одно «большое» правило, «втиснутое» в унифицированный программный модуль-шаблон. Совокупность моделей даст ЭС, заполненную знаниями о системе. Программная реализация. Описанный подход был реализован в программной среде «ESMod». 249 УДК 621.91:658.512:004.942 Автоматизированное online-проектирование манипуляционных производственных систем Новичихин Р.В., Кочетков Р.В., Демидов О.К. Белорусский национальный технический университет Проблема. Как правило, манипуляционные системы (МС) являются специальным оборудованием, которое нельзя купить в готовом виде. Для предприятия самостоятельное проектирование и изготовление специальных устройств всегда сопряжено со сложностями. Подход заказа МС «под ключ» в сторонней специализированной компании недостаточно оперативен и гибок, особенно в условиях многовариантного итерационного проектирования и изменения требований по ходу. Возможное решение проблемы. В идеале хотелось бы, чтобы специализированная компания-исполнитель предоставляла такой интернет-ресурс, которым заказчик мог бы пользоваться самостоятельно, даже не контактируя со специалистами-разработчиками. В течение одного сеанса работы на сайте заказчик самостоятельно получает готовый проект, вбирающий в себе опыт, методики расчета, наработки и типовые решения высококвалифицированных специалистов компании. За заказчиком остается только творческая работа рассматривать и отбирать предлагаемые решения. Важно, что на этом этапе заказчик не несет никаких затрат и обязательств. В случае подтверждения заказа компания собирает МС из своих серийных комплектующих, поставляет и налаживает ее. Реализация. Описанный подход реализует компания Festo со своим уникальным сервисом интерактивного автоматизированного online- проектирования систем перемещения и манипулирования Handling Guide Online (www.festo.com/HGO). Представление о работе сервиса можно составить из видео (https://www.youtube.com/watch?v=JwQrl1UfeCM). Возможности. Сформированный проект содержит полный набор комплектующих: несущие конструкции, крепеж, направляющие, привода, исполнительные механизмы, рабочие органы, датчики, система управления, программное обеспечение, стандартные системы перемещения (портальные и триподы). Сборочные чертежи представляются в виде 3D CAD-моделей. Использование в учебном процессе. В докладе описывается использование упомянутого интернет-ресурса в учебном процессе на кафедре «Робототехнические системы» БНТУ. 250 УДК 681.3.06 Общегосударственная автоматизированная информационная система. Система синхронизации Шардыко П.П., Мурашкевич В.Ю. Белорусский национальный технический университет ОАИС предназначена для интеграции государственных информационных ресурсов и автоматизации деятельности органов государственного управления по предоставлению информационных услуг другим государственным органам, организациям и гражданам. При этом целью создания ОАИС являлось повышение эффективности и качества функционирования государственных органов и, как следствие, качества оказываемых услуг. ОАИС представляет собой систему взаимосвязанных элементов: программно-технических комплексов, государственных информационных ресурсов и порталов оказания электронных услуг. По структуре государственные информационные ресурсы подразделяются на: − базовые; − республиканские; − региональные (территориальные). ССГ (система синхронизации государственных информационных ресурсов) предназначена для реализации единого механизма доступа к ГИР (государственному информационному ресурсу) и ИС (информационной системе), являющимся исходными (первичными) источниками информации по стандартизированным каналам связи, соответствующим требованиям по защите информации. Типовой адаптер устанавливается на площадке владельца ГИР и предназначен для синхронизации обмена данными между ГИР и ОАИС. В дальнейшем адаптер может использоваться для наращивания количества электронных услуг. Он представляет собой приложение с базой данных, системой журнализации доступа, администрирования и средствами криптозащиты выделенного канала связи для обеспечения передачи данных в соответствии с требованиями законодательства по защите информации. Сервер приложений в данном случае используется как инструмент для обеспечения работы WEB сервисов синхронизации с ССГ и WEB сервисов, предоставляющих информацию в ОАИС. Возможности кластеризации данного сервиса позволяют легко масштабировать данное приложение без кодирования приложений, развернутых на нем. 251 УДК 004.77 Методы обнаружения сетевых атак Шардыко П.П., Апанасович С.В. Белорусский национальный технический университет Система обнаружения атак, или система обнаружения вторжений – это система, осуществляющая сбор информации с множества системных и сетевых источников, анализирующая полученную информацию на предмет признаков вторжений (атак). Существует множество современных методов обнаружения атак, однако, их использование в системах имеет ограничения, связанные с устойчивостью и воспроизводимостью результатов. Современные методы обнаружения атак используют некоторую форму анализа контролируемого пространства на основе правил или статистического подхода. В качестве контролируемого пространства могут выступать журналы регистрации или сетевой трафик. Анализ опирается на набор заранее определённых правил, которые создаются администратором или самой системой обнаружения атак. Любое разделение атаки во времени или среди нескольких злоумышленников является трудным для обнаружения при помощи экспертных систем. Из-за большого разнообразия атак и хакеров даже специальные постоянные обновления правил экспертной системы никогда не дадут гарантии точной идентификации всего диапазона атак. Использование возможностей нейронных сетей является одним из способов преодоления указанных проблем экспертных систем. В отличие от экспертных систем, которые могут дать пользователю определённый ответ о соответствии рассматриваемых характеристик заложенным правилам, нейронная сеть проводит анализ информации и предоставляет возможность оценить, согласуются ли данные с характеристиками, которые она научена распознавать. Степень соответствия нейросетевого представления может достигать 100 %, достоверность выбора полностью зависит от качества системы, т.е. возможности анализа параметров поставленной задачи. Разработка техники обнаружения и распознавания атак, основанной на искусственных нейронных сетях позволяет избежать проблем, характерных для большинства подходов, поскольку нейросетевая система способна с высоким качеством обнаруживать как известные, так и новые атаки за счет способности к обобщению и адаптации. Кроме того, такая система сможет обновляться как стандартным способом – базы обученных детекторов от разработчика – так и обучаться самостоятельно. 252 УДК 004.9 Повышение эффективности системы автоматической защиты человека от токов утечки на землю в разветвленной сети участка шахты Дубинин С.В. Белорусский национальный технический университет Для теоретического исследования процессов формирования токов утечки на землю в разветвленной сети участка шахты при помощи компьютерного моделирования использовалась схема замещения (рис.1). Рисунок 1. Схема замещения разветвленной электрической сети участка шахты: Zч – модель полного сопротивления тела человека Результаты моделирования поражающего тока утечки, проходящего через тело человека представлены на рис. 2. а) б) Рисунок 2: а – ток утечки для серийного образца системы защиты; б – для предлагаемой На основании результатов моделирования предложено снабдить каждое ответвление компенсатором емкостной составляющей тока утечки на землю и сократить время полного отключения ответвления. Это позволит снизить ток утечки и повысить условия безопасности электрической сети. 253 УДК 658.012 Комплекс гидроабразивной резки Капустина А.М., Ходько В.В. Белорусский национальный технический университет Процесс гидроабразивной резки основан на резке высокоскоростной струёй воды или струёй воды, смешанной с абразивом (гидроабразивная резка). Принцип действия этого метода заключается в том, что поток воды, проходя через отверстие диаметром 0,1 - 0,3 мм, разгоняется до скорости порядка 900 м/мин и направляется на разрезаемую поверхность. При гидроабразивной резке в поток воды добавляется абразив. Во время столкновения с разрезаемым материалом кинетическая энергия струи преобразуется в механическую энергию микро-разрушения обрабатываемого материала, и происходит резание. Устройство ЧПУ с пультом оператора и выносным пультом управления MACH002-40000, позволяющие выполнить заданную геометрию детали, оптимально размещать её на поверхности заготовки, а также корректировать программу обработки. Дополнительные устройства, позволяющие контролировать процесс разрезания материалов и облегчающие работу оператора, например, датчики наличия абразива в бункере, подающие предупреждающие сигналы оператору об окончании минимального запаса абразива и отключающие установку, в случае полного его отсутствия; датчик контроля влажности абразива, отключающий подачу абразива в камеру смешивания в случае попадания воды в бункер и/или подающие трубки, и др. Комплекс гидроабразивной резки работает следующим образом: Оператор цеховым подъемным транспортом устанавливает заготовку на раскройный стол. В зависимости от выбранного режима работы (наладочный или автоматический), оператор выполняет действия в соответствии с инструкциями. При работе в автоматическом режиме режущая головка после калибровки выводится по программе в точку начала резки. Высота режущей головки над листом в процессе резки поддерживается на постоянном уровне относительно манипулятора. На толщинах металла 20 мм начало реза выбирают на кромке листа, а в случае необходимости начать резку не с кромки, желательно выполнить сверление отверстия в листе, так как пробивка может занять достаточно продолжительное время. Перемещение контролируется абсолютными датчиками (встроены в электродвигатели приводов) и путевыми выключателями крайнего положения. После окончания резки режущая головка и манипулятор перемещаются в исходное положение. 254 УДК 681:371 Штриховые коды и их идентификация в системе 1С 8.0 Лукаш М.С., Капустина А.М. Белорусский национальный технический университет Для эффективного учета движения товаров в организации необходима технология, позволяющая присваивать каждому товару уникальный код, и обеспечивать быстрое считывание кода при минимальных ошибках. Именно этим условиям и удовлетворяет технология штрихового кодирования товаров, уже давно и успешно применяемая западными фирмами. Эта технология основана на различных графических представлениях кодов, обеспечивающих не только понятные человеку формы кодов, но и форматы, предназначенные для считывания специальными устройствами - сканерами штрих-кодов. На настоящий момент насчитывается около 20 форматов штрих-кодов (включая модификации), различающихся, в основном, областями применения. Некоторые форматы имеют механизм контроля корректности, заключающийся в вычислении одной части кода по другой. Сканеры штрих-кодов различаются как по способу подключения к компьютеру, так и по возможностям. В настоящий момент практически все выпускаемые сканеры способны считывать наиболее популярные форматы кодов, включая EAN-13 (EAN-8), UPC A, UPC E, ITF, Code 39, ISBN. При считывании сканеры автоматически разбирают сканируемый код, проверяют его корректность и могут различными способами модифицировать код (например, производить перекодировку из одного формата в другой). В качестве результата сканеры выдают строку символов, представляющих штрих-код в форме, понятной для человека. Система "1С: Предприятие 8.0" позволяет использовать технологию штрихкодирования при автоматизации предприятия. Для печати этикеток со штрих-кодами можно использовать специализированные принтеры штрих-кодов (существуют дополнительные внешние компоненты для печати на принтерах EZ-2, EZ-4TT и принтерах серий LP и ВР) или обычные принтеры. В последнем случае можно воспользоваться входящим в поставку методики ActiveX-элементом Active Barcode, позволяющим формировать образ штрих-кода непосредственно в 1С:Предприятии 8.0. Этот элемент поддерживает практически все известные форматы штриховых кодов, управление цветом и шрифтом выводимого штрих-кода, автоматическое определение формата кода и вычисление контрольных цифр. 255 УДК 004.9 Применение электромагнитного тормоза скольжения в комбинированной системе электро-, теплоснабжения сельскохозяйственного предприятия Дубинин С.В. Белорусский национальный технический университет Особенностью работы электромагнитного тормоза скольжения (ЭТС) является прямое преобразование механической энергии вращения якоря в тепловую энергию, которая выделяется в его активной части. Нагрев активной части происходит за счет возбуждения вихревых токов при вращении якоря. При этом, величина мощности Pт, которая расходуется на тепловыделение описывается выражением: Pт = M(ωя – ωа), где М – момент на валу ЭТС, ωя – скорость вращения якоря, ωа – скорость вращения активной части (для данного применения ωа = 0). Эта особенность позволяет использовать ЭТС в ветровой установке для нагрева воды. Комбинированная системе электро – теплоснабжения (рис. 1), содержит ветровую установку 1, генератор электроэнергии 2, ЭТС 3, автоматическую систему оптимизации баланса тепловой и электрической энергии 4, аккумулятор электрической энергии 5, аккумулятор 6. Рисунок 1 – Комбинированная система электро-теплоснабжения: ОВ – обмотка возбуждения ЭТС, Iов – ток возбуждения ЭТС, Н - насос Баланс электрической и тепловой мощности описывается выражением: Pт = (Мв – Мсг) ωя – Pпр, где Мв – вращающий момент ветровой установки, момент сопротивления генератора 2, Pпр – прочие потери мощности. 256 УДК 621.51.(075.8) Модифицированный регулятор Рейсвика Кулаков Г.Т., Кулаков А.Т., Артеменко К.И. Белорусский национальный технический университет Для объектов регулирования с запаздыванием, у которых невозможно измерить промежуточную регулируемую величину, не содержащую запаздывания, рекомендовано использовать не только специальный регулятор Смита, но и регулятор Рейсвика [1]. Регулятор Рейсвика представляет собой последовательное соединение обратной передаточной функции части объекта, не содержащей запаздывания и единичного усилителя, охваченного положительной обратной связью элементом запаздывания с весовым коэффициентом β<1. Однако регулятор Рейсвика труден в реализации, так как применяется обратный оператор. Динамику объектов регулирования с самовыравниванием и большим запаздыванием можно представить в виде последовательно включенных инерционного звена первого порядка с постоянной времени KT и условным запаздыванием Уτ [2]. В этом случае для физической реализации обратного оператора, его умножают на передаточную функцию инерционного звена первого порядка с постоянной времени ЗДT , в результате чего получают звено быстрого реагирования так как ЗДK TT 〉 . При этом, если коэффициент β регулятора Рейсвика принять равным единице, а передаточную функцию элемента запаздывания представить в виде инерционного звена первого порядка с постоянной времени Уτ , то единичный усилитель, охваченный положительной обратной связью элементом запаздывания можно представить в виде идеального ПИ-регулятора с коэффициентом передачи, равным единице и постоянной интегрирования УИT τ= . В результате чего получим последовательное соединение звена быстрого реагирования и идеального ПИ-регулятора, т.е. получим реальный ПИД-регулятор, лишенный недостатков регулятора Рейсвика. Литература 1. Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием: пер. с польского /Х. Гурецкий. – М.: Машиностроение, 1974. - 328с. 2. Кулаков Г.Т. Анализ и синтез систем автоматического регулирования /Г.Т. Кулаков. – Минск: УП «Технопринт», 2003. - 135с. 257 УДК 004.91 Исследование информационно-материальных потоков многоскладского предприятия Потапенко В.В. Белорусский национальный технический университет При автоматизации много складского учёта на предприятие в первую очередь необходимо исследовать схему информационно материальных потоков и определить перечень используемых документов и особенностей их оформления. Материальный поток образуется в результате транспортировки, складирования и выполнения других материальных операций с сырьем, полуфабрикатами и готовыми изделиями - начиная от первичного источника сырья вплоть до конечного потребителя в определенный промежуток времени. Он может протекать как между различными предприятиями, так и внутри одного предприятия. На рисунке 1 представлена схема информационно-материальных потоков много складского предприятия. Схема информационно-материальных потоков Клиент (А) делает заказ на поставку продукции, передавая информация о заказе в главный офис предприятия (В). После обработки заказа, при наличии всех позиций на складе главный офис передаёт документы на отгрузку товара складам, находящимся на территории предприятия (С) или же на сторонние склады (D). Склады отгружают продукцию для заказчика, формируют сопроводительные документы и отправляют информацию об отгрузке менеджеру в главный офис. При данной схеме информационно-материальных потоков существуют особенности, на которые необходимо обратить внимание при автоматизации складского учёта на предприятии: − необходимо организовать менеджеру, формирующему заказ, доступ к информации об остатках на складах в режиме on-line; − одна и та же продукция на разных складах, может учитываться в разных единицах измерения. 258 УДК 678:681.5(075.4) Автоматизация технологического процесса паратермолиза отходов резины Сиротин Ф. Л., Карпеченко И. Л. Белорусский национальный технический университет Технологический процесс паротермолиза резиновых отходов включает две стадии переработки: стадию парового термолиза и стадию переработки твердых продуктов термолиза. Для всех типов устройств возможна работа в наладочном и автоматическом режимах. Управление в наладочном режиме возможно с пультов управления Wientek, расположенных вблизи оборудования, а также с помощью программного комплекса WinCC Scada. WinCC используют для решения задач комплексной автоматизации уровня малых предприятий, но в виде эксперимента было решено использовать на заводе по переработке отходов резины. Управление в автоматическом режиме осуществляется контроллером Omron CJ1-H с центральным процессором (CPU) 45 в соответствии с программой работы. Обмен информацией между программируемым логическим контроллером (PLC) и OPC Server происходит по ethernet кабелю с протоколом связи Omron FINS. Система автоматического управления поделена на контуры управления. Каждый контур отвечает за свою технологическую операцию. Если контур управления не включен, то все устройства, которые в него входят, будут работать в ручном режиме. При включении контура управления устройства начинают работать в автоматическом режиме. Общий алгоритм работы содержит этапы подготовки и диагностики перед пуском, прогрева, пиролиза и условий остановок. Программа управления и комплекс графического управления гибкие в плане обслуживания, что дает возможность произвести замену оборудования, не нарушая работы всей системы в целом. Использование относительно простого оборудования даёт возможность оперативно и в кратчайшие сроки заменять вышедшее из строя оборудование. 259 УДК 63.18.3 ГЛОНАСС: Создание навигационно-информационных центров Околов А.Р., Мордасова Е.В., Цедик Н.П. Белорусский национальный технический университет Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНА́СС) предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа российских и белорусских пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Для обеспечения информационного обмена между всеми участниками транспортного комплекса необходимо создание единой информационной среды или региональной навигационно-информационной системы (РНИС). Программное обеспечение РНИЦ должно состоять из системного программного обеспечения, реализующего стандартную функциональность, необходимую для работы РНИС (операционные системы, системы управления базами данных, служебные системы), и прикладного программного обеспечения, реализующего функционал РНИЦ. Аппаратный комплекс РНИЦ должен состоять из следующих основных элементов: оборудования связи, обеспечивающего подключение к РНИЦ пользователей с использованием цифровых каналов связи стандарта TCP/IP; серверы, обеспечивающие обработку информации; системы хранения данных; системы резервного копирования данных. Для хранения информации в РНИС должны использоваться современные реляционные базы данных (БД). БД системы представляет собой БД формата MS SQL Server и состоит из определенного набора таблиц установленной структуры представлений, пакетов, хранимых процедур и других объектов БД, используемых программным обеспечением системы представления и анализа информации. БД построена по объектно-реляционному принципу, основой которого является информационная модель типа сущность-связь. Управление хранением данных внутримашинной информационной базы осуществляется с помощью программного обеспечения СУБД MS SQL Server. Основным назначением решений по информационной безопасности является защита РНИС от угроз и рисков деструктивного воздействия, от возможного нанесения ощутимого ущерба посредством несанкционированного вмешательства в процесс функционирования РНИС или к циркулирующей в ней информации. 260 УДК 621.317.7 Комплекс беспроводного контроля провисания мостов и деформации тоннелей Тозик А.С., Садоменко С.Л., Оробей А.С., Кочетков Р.В., Робатень В.О., Околов А.Р. Белорусский национальный технический университет Разработан комплекс для измерений в автоматическом и полуавтоматическом режиме со следующими преимуществами перед аналогами: − автономная работа 14 дней; − запись всех измерений на SD накопитель; − широкие настройки измерений и удобный интерфейс высшего уровня; − online режим на расстоянии до 500м; − легкость замены элементов измерительного модуля; − передача данных в Excel. Устройство (рис.1) содержит: 1 – радиомодуль, который позволяет работать с низким энергопотреблением в онлайн режиме на частоте 2,4 GHz и скоростью до 2mbps; 2 - микроконтроллер ATmega328 отвечающий за отработку приходящих сигналов управления и работу в автономном режиме; 3 - плата для зарядки аккумуляторов и защиты от перезаряда; 4 - лазерный дальномер; 5 –аккумуляторы. Рисунок 1 – Устройство беспроводного контроля 1 2 3 5 4 261 УДК 68.031.14 Автоматизация бухгалтерского учета Белая О.В., Гутич И.И., Новичихина Е.Р. Белорусский национальный технический университет Неотъемлемой частью успешного бизнеса является автоматизация бухгалтерского учета. Ведение бухгалтерского учета вручную – это очень сложный процесс, а порой и невозможный. Автоматизация бухгалтерского учета – это ведение бухгалтерского (оперативного) учета с применением компьютеров и компьютерных программ. Такие программы способны брать на себя функции бухгалтера и значительно облегчать и ускорять процесс работы. Принцип автоматизации заключается в том, что бухгалтер вводит исходные данные, а компьютер подсчитывает итоги, составляет отчетность. Автоматизация имеет большое количество преимуществ, например, сокращение трудовых затрат на обработку информации, экономия средств на оплату труда, повышение экономичности и эффективности бухгалтерского учета, совмещение бухгалтерского и оперативного учета, защита данных и другие. Прежде чем вводить систему автоматизации бухгалтерского учета, следует решить, какая именно программа нужна компании, какие улучшения ожидаются, после ее внедрения и какие средства предприятие может на это выделить. Выбирая программу, необходимо учитывать размер организации и специфику ее деятельности. Оптимальная программа должна отвечать нескольким требованиям: охватывать всю предметную область учета, предоставлять полный набор первичных документов, формировать всю необходимую бухгалтерскую и налоговую отчетность, обладать удобным и современным интерфейсом, быть простой в освоении. Если раньше выбор программного обеспечения был не так велик, то с развитием научно-технического процесса программных продуктов становится все больше. Сегодня на рынке имеется обширный ряд программ по автоматизации бухгалтерского учета. В докладе производится сравнительный анализ наиболее распространенных программ по различным критериям и сформулированы рекомендации по области их целесообразного применения. Делается вывод, что при автоматизации бухучета важно не просто перевести всю бумажную работу на компьютер и облегчить расчеты и отчетность. Важно, чтобы автоматизация увеличила эффективность работы бухгалтерии, что в свою очередь увеличит эффективность управления предприятием, и, как следствие, эффективность его работы в целом. 262 УДК 620.178.6 Испытательный стенд для устройств контроля загрузки лифтов Табунов Е.А., Лившиц Ю.Е. Белорусский национальный технический университет В системах управления современным лифтовым оборудованием важное место занимает устройство контроля загрузки лифтов, так как от него зависит безопасность и надёжность работы оборудования. Устройство контроля загрузки лифтов (далее УКЗ) предназначено для измерения степени загрузки кабины лифта и передачи этой информации в систему управления лифтом. Испытательный стенд УКЗ — это образцовая силоизмерительная машина, которая предназначена для специальных, контрольных, приёмочных испытаний УКЗ. При данных испытаниях УКЗ подвергаются действию нагрузок, сопоставимых или превышающих нагрузки в реальных условиях. Целью подобных испытаний является выяснение реакции УКЗ на специфические условия и предельных значений нагрузки. Структурно испытательный стенд представляет собой совокупность рабочего поля (плиты для закрепления тензодатчиков, являющихся первичными преобразователями), подсистемы нагрузки образца (сервопривод, создающий механическую нагрузку) и контрольно- измерительной аппаратуры (контроллер УКЗ, являющийся вторичным преобразователем), предназначенной для снятия показателей реакции УКЗ на нагрузку. Тензодатчики подвергаются различным ступеням деформирующих нагрузок в соответствии с реально возникающими нагрузками в процессе эксплуатации лифтового оборудования. Аналоговый сигнал, поступающий с тензодатчиков, является показателем загруженности лифтовой кабины в текущий момент времени. Этот сигнал поступает в контроллер УКЗ, где согласно заданной программе он преобразуется в определенный логический сигнал, который, в свою очередь, поступая в систему управления лифтового оборудования, даёт возможность системе оценить степень загрузки или её отсутствие. Преимуществом испытаний на стенде перед испытаниями в реальных условиях является возможность оценки реакции первичных преобразователей на определённый тип и величину нагрузки при прочих фиксированных параметрах, что позволяет выявить скрытые конструктивные недостатки. Кроме того можно воспроизводить любое количество комбинаций исходных данных и автоматизировано обрабатывать массивы полученных выходных данных. 263 УДК 004.62 О проблеме конвертации типов в современных информационных системах Кочуров В.А., Касперович В.Л. Белорусский национальный технический университет Конвертация типов (type conversion, casting) – это преобразования данных из формата, поддерживаемого одним типом данных (форматом- источником), в формат, поддерживаемый целевым типом данных. Данная задача является источником большого количества ошибок в программных системах, в первую очередь из-за применения программистами неявного (implicit) преобразования. Данные ошибки могут быть разделены на 2 класса: вызывающие отказ программы из-за невозможности выполнить преобразование; приводящие к потере точности или искажению результатов вычисления. Преобразования элементарных типов данных могут быть сужающими (множество значений исходного типа включает множество значений целевого типа, но не наоборот) и расширяющими. Как правило, ошибкам подвержены сужающие преобразования, т.к. формат более общих типов является более вариативным по отношению к более специализированным. При миграции данных проблема преобразования типов возникает в следующих случаях: − различные форматы данных в исходном и целевом хранилищах; − необходимость проверки данных на этапе трансформации ETL; − наличие ошибок в программном средстве, обрабатывающем данные, а также архитектурных дефектов в исходном хранилище. Для минимизации ошибок преобразования типов должна быть разработана формальная архитектура приложения и хранилища; все операции конвертации должны быть функционально протестированы. В процессе формализованной миграции данных, приложение, выполняющее этап трансформации ETL, должно иметь однозначную формальную модель данных; согласно которой должна выполняться конвертация; ошибочные ситуации должны логироваться и обрабатываться вручную. Литература 1. Davies, J. Formal model-driven engineering of critical information systems – Jim Davies, David Milward, Chen-Wei Wang, James Welch – Science of Computer Programming, 2015 – P. 88-113. 264 УДК 004.05+004.623+004.658.6 Метод автоматизированной миграции данных между хранилищами Кочуров В.А., Касперович В.Л. Белорусский национальный технический университет Задача миграции данных возникает при необходимости переместить актуальные данные между двумя программными системами. Эта задача актуальна при совместном использовании данных несколькими системами, а также при выпуске новой версии или принципиально нового типа программного продукта на замену морально устаревшему ПО. При использовании программных систем, а также при самом процессе миграции возможно возникновение ошибок целостности и корректности. Одной из распространенных ошибок является неверное преобразование типов данных. В данной работе предлагается решение, основанное на формальном подходе к миграции данных, а именно, хранение структуры данных и их типов в формате XML (общая схема отражена на рисунке 1). При этом программное средство, осуществляющее миграцию, выполняет следующие операции: чтение данных из исходного источника, исправление ошибок данных в случае их несоответствия исходному типу, слияние или разбиение полей данных по заданным правилам, приведение к заданному типу и сохранение в целевом хранилище. Исходное хранилище Целевое хранилище XML- структура исходных данных XML- структура выходных данных Чтение из исходного источника Преобразова- ние типов данных Запись в целевой источник Рисунок 1. Схема процесса миграции данных Преимуществом такого решения является возможность формализации процесса конвертации данных и снижения его трудоемкости за счет частичной автоматизации процесса исправления ошибок данных. Литература 1. Russom, P. Best Practices in Data Migration – Renton, The Data Warehousing Institute, 2006 – 13 p. 265 УДК 004.632.5:004.415.2 Импорт данных формата STEP для описания конструкторско-технологических элементов деталей Полозков Ю.В., Кункевич Д.П., Соловьев Р.Е. Белорусский национальный технический университет Любой элемент в файле STEP описывается текстовой строкой, в которой можно выделить три части: номер строки данных, имя сущности и соответствующие атрибуты. При этом геометрическая конфигурация поверхности объекта описывается иерархической структурой сущностей. Этой структурой предполагается переход от неявно заданной сущности, соответствующей целостному объекту, к его составляющим элементам и, в конечном итоге, к явно заданным сущностям, например, к точке. Явно заданные сущности описываются числовыми параметрами. Процесс обработки STEP файла включает три основных этапа. На первом этапе в каждой строке определяются три группы значений, характеризующих каждую сущность: номер, имя и совокупность задающих параметров. Это выполняется посредством регулярного выражения вида: \s*\#\s*(\d+)\s*=\s*(.+?)\s*\(\s*(.*)\s*\). На втором осуществляется отделение и сохранение вложенных параметров. Используемое для этого регулярное выражение, позволяющее определить вложенные параметры, заключенные в обычные скобки, имеет вид: «\s*\(\s*(.+?)\s*\)\s*». На этом шаге все вложенные параметры извлекаются и сохраняются в отдельной структуре. Исходная строка параметров путем замены превращается в перечисление параметров, разделенных запятыми. Те параметры, которые были в скобках, в дальнейшем по принципу дерева добавляются в первичную сущность. Первичная сущность – абстрактный объект, который содержит в себе информацию, получаемую по результатам работы всех регулярных выражений. На третьем шаге перечисление параметров в виде строки посредством регулярного выражения «\s*(.+?)\s*,\s*» разделяется на отдельные параметры, которые заносятся в список. Для каждой вложенной строки параметров, сохраненной ранее в отдельную структуру, выполняется аналогичная процедура. В результате второго и третьего шага для каждой отдельной сущности получается сложная структура вида «список в списке», которая в дальнейшем облегчает работу с параметрами. В результате создается список абстрактных первичных сущностей, которые на следующем этапе интерпретируются согласно схеме сущностей стандарта STEP. На основании полученных данных строится объектная структура со множеством сущностей, которая составит основу для описания конструкторско-технологических элементов деталей. 266 УДК 004.415:378 Реализация модуля конструирования задач для автоматизированной обучающей системы начертательной геометрии Полозков Ю.В., Шиененко В.С. Белорусский национальный технический университет Решение учебной задачи представляется процессом по преобразованию значений входных факторов в значения выходных параметров, который выполняется обучающимся в соответствии с заданными описательными условиями и корректируется путем изменения значений контролируемых (входных) факторов. В соответствие с принципом обучения «от простого к сложному» элементарные задачи используются на начальных этапах, а в последующем задания усложняются и представляют собой комплексные задачи. Комплексная задача, представляет собой логическую последовательность подзадач, при решении которых выходные параметры предыдущих задач являются входными факторами последующих задач. Очевидно, что общий алгоритм решения комплексной задачи может быть представлен в виде совокупности алгоритмов решения составляющих задач. Такое представление создает возможность на основе некоторого заданного множества алгоритмов формировать алгоритмы решения различных комплексных задач. Для реализации этого разрабатывается специальный модуль конструирования задач, который является ключевой частью автоматизированной системы обучения. При его разработке центральное место занимает сущность «Задача». Эта сущность помимо традиционных атрибутов, таких как наименование задачи; текстовое условие задачи и т.п., включает: код алгоритма проверки задачи, список входных факторов, список параметров пользователя, список параметров решения. Данная сущность была положена в основу разработки базы данных для хранения информации о задаче, алгоритмах ее решения, входных и выходных данных для исполнения алгоритмов, статистических данных и т.п. Для работы с этой базой данных разработано программное приложение, включающее три основных формы: первая форма обеспечивает компоновку задач в соответствие с тематикой; вторая позволяет задавать и редактировать описательные условия, входные параметры и исходные статистические данные; третья форма представляет собой конструктор алгоритма решения задачи. Этот конструктор позволяет указывать последовательность алгоритмов, исполнение которых требуется для решения комплексной задачи, определять необходимое значение булевого параметра правильности решения, а также связывать входные факторы и выходные параметры этих алгоритмов. 267 УДК 004.415:378 Модуль отрисовки графических объектов для автоматизированной обучающей системы начертательной геометрии Полозков Ю.В., Колядко С.В., Оводок М.О. Белорусский национальный технический университет Для интерактивного выполнения и автоматизированного контроля задач начертательной геометрии разрабатывается модуль отрисовки графических объектов (рисунок 1). Особенности его реализации и функционирования обусловливаются спецификой преподавания дисциплин начертательной геометрии. Так, в отличие от универсальных CAD систем, разрабатываемый редактор поддерживает отрисовку и редактирование не только типовых примитивов, но и специальных – проекций геометрических объектов на плоскости системы координат Монжа. Данные объекты представляют собой, с одной стороны, независимые экземпляры, а, с другой, в соответствие с описанием трехмерного объекта образовывают примитив из двух или трех составляющих экземпляров проекций. Это позволяет реализовать оба подхода, применяющихся в решении задач начертательной геометрии: 1) разложение 3D объекта на составляющие проекции и 2) восстановление по заданным двумерным проекциям 3D объекта. Рисунок 1. Основное окно модуля отрисовки графических объектов Алгоритмические процедуры, реализованные в соответствующих классах модуля, позволяют именовать примитивы, отрисовывать линии связи, устанавливать специальную раскраску проекций и, главное, контролировать корректность их построения. Данные возможности обеспечивают многовариантность формулировок и способов решения геометро-графических задач. 268 УДК 004.415:378 Автоматизация проверки выполнения графических задач в CAD системе Полозков Ю.В., Подберезкин А.С., Скурчик В.М. Белорусский национальный технический университет Контроль выполнения заданий является неотъемлемым и весьма трудоёмким этапом процесса обучения, особенно связанного с CAD моделированием. При автоматизации проверки выполнения графических задач важными представляются два основных аспекта: во-первых, непосредственное соответствие заданного и построенного графических образов и, во-вторых, соблюдение методики графических построений. Тогда могут быть реализованы два способа автоматизации проверки задач: контроль итогового решения задачи и контроль процесса (мониторинг) решения задачи. Контроль итогового решения задачи носит статичный характер, а мониторинг решения характеризуется динамичностью, т.к. требует контроля действий, выполняемых пользователем в различные моменты времени. Однако для программной реализации мониторинга решения задач основу составляют алгоритмы контроля итогового решения. Для разработки алгоритмов, требуемых для контроля итогового решения, прежде всего, выполняется анализ методики графических построений. В ходе этого анализа выявляются основные шаги построения графического образа. Каждый шаг построений представляет собой отдельную подзадачу. Подзадачи могут включать одно или несколько элементарных действий. В первом случае разрабатывается алгоритм, отвечающий за контроль соответствующего действия, который возвращает булево значение параметра правильности решения, значение полученного решения, значения перечислений верного и неверного решений, предназначенных для формирования комментариев по результатам контроля. Во втором случае разрабатывается один или несколько алгоритмов, отвечающих за контроль последовательности действий, выполняемых в рамках подзадачи. В конечном итоге разрабатывается множество алгоритмов, позволяющих контролировать все шаги решения задачи по построению графического образа. Применяя определенные правила кодирования и систематизации, данные алгоритмы могут быть представлены в виде нижне-треугольной матрицы сценариев решения задач, последняя строка которой определяет совокупность требуемых алгоритмов для решения всей задачи. В ходе отработки каждого алгоритма этой совокупности может быть получен соответствующий отклик для формирования динамически или статически выдаваемого списка ошибок. 269 УДК 621 Разработка приложения для формирования набора объектов насосной станции Савченко А.В., Ковалева И.Л. Белорусский национальный технический университет Качественная работа насосной станции во многом зависит от объектов этой станции, т.е. от эффективного и экономичного режима работы насосных агрегатов, управляющих объектов и систем. Для моделирования работы насосной станции ее имитационная модель была разработана в системе Simulink. С помощью этой модели была выполнена оценка влияния основных объектов станции на работу всей насосной станции. Основное внимание было уделено насосным агрегатам. Особенностью работы насосных агрегатов является неравномерность графика потребления воды в зависимости от времени суток, дня недели и времени года. Для поддержания постоянного объема подачи воды используются специальные регуляторы (ПИД). Однако классические ПИД-регуляторы имеют неудовлетворительные показатели качества при управлении нелинейными и сложными системами. Поэтому было предложено использовать ПИД-регуляторы, управляемые с помощью пакета Fuzzy Logic Toolbox среды Matlab. С помощью этого пакета в Simulink-модель была включена система нечетких правил, на основании которых делается вывод о действиях, которые необходимо применить к насосным агрегатам и ПИД-регулятору. Пример правил приведен на рисунке. Пример правил, созданных в Rule Editor Эксперименты с моделью на основе системы управления с нечеткой логикой показали, что такая модель позволяет уменьшить потребление электроэнергии в сравнении с системой, которая управляется только классическим регулятором. 270 УДК 621 Расширение функциональности сервисов SAP NetWeaver Чекун О.А., Ковалева И.Л. Белорусский национальный технический университет SAP NetWeaver – платформа, разработанная компанией SAP, для интеграции SAP ERP c другими технологиями. Данная платформа позволяет настроить взаимосвязь как с технологиями SAP, так и с продуктами сторонних компаний. Платформа базируется на веб-сервисах, а обмен данными между приложениями происходит через протокол oData с помощью http-запросов. Использование платформы SAP NetWeaver позволяет обеспечить доступ к функциональности SAP ERP через мобильное приложение или сайт в сети Интернет. В работе был реализован ряд расширений функциональности для корпоративного портала менеджера: ограничение максимальной скидки и надбавки к прейскуранту в карточке клиента; предоставление данных для вывода общего веса материала (для заказа в сумме и для каждой позиции в отдельности); пересчет цен в заказе, если был изменен прейскурант клиента или его ценовые условия (скидки и надбавки); и другие. Архитектура портала менеджера представлена на рисунке. Общая архитектура портала менеджера Данные расширения были реализованы в системе ERP с помощью языка программирования ABAP. Для получения данных на портале менеджера необходимо просто обратиться к сервисам с помощью http- запроса. 271 УДК 517 Особенности построения системной модели информационно-аналитической деятельности Ивановский А.В., Кочеров А.Л. Академия управления при Президенте Республики Беларусь Информационно-аналитическая деятельность (ИАД), как правило, организуется с целью извлечения и применения новых знаний, пригодных для использования в цикле управления. Для достижения этой цели в ряде случаев целесообразно использовать системный подход, реализация которого неизбежно приводит к вопросу построения системной модели ИАД. Простейшей системной моделью ИАД может считаться модель «черного ящика». В роли входов в ней выступают цель проведения ИАД, требования, которым должна удовлетворять эта деятельность и необходимые ресурсы для её осуществления. Выход представляет собой обработанную информацию, которая обеспечивает принятие управленческого решения с требуемым качеством. При необходимости модель «черного ящика» может быть дополнена моделями состава, связей и структурной схемой ИАД. Особенностью упомянутых системных моделей ИАД является то, что они могут выполняться с различной степенью детализации и полноты, определяемой целью исследования. Так, например, простейшая модель состава ИАД включает в себя три укрупненных этапа (три элемента) – накопление необходимого объема информации об исследуемом явлении, анализ и обработка этой информации, представление результатов анализа в виде, удобном для принятия управленческого решения. В тоже время детализация этой модели может приводить к модели состава из 30 и более элементов. Ясно, что отмеченная особенность в полной мере относится к моделям связей и структурным схемам. Особое место в исследованиях ИАД занимает модель контурного управления, которая позволяет подходить к изучению этой специфической деятельности с использованием фундаментальных принципов теории управления. Если же, как это часто бывает, ИАД проводится в интересах выяснения причин возникновения исследуемого явления, прогнозирования поведения объекта в будущем, то оказывается полезной схема действий, включающая такие этапы как построение модели и эксперименты с моделью. В докладе обсуждаются и другие особенности процесса моделирования при проведении ИАД. 272 УДК 621.391.25 Пример построения маршрута движения раздаточной головки 3D-принтера средствами ANSYS Мартинович В. В., Напрасников В. В. Белорусский национальный технический университет Широкое применение 3D-принтеров для создания деталей машиностроительных конструкций предусматривает возможность построения моделей этих деталей с имитацией последовательного создания слоев заданной толщины. Для создания отдельного слоя требуется на основании геометрической модели предварительно построить маршрут движения раздаточной головки. В данной работе для достижения этой цели используются средства системы конечно-элементного моделирования ANSYS. Для этого на основе языка APDL предварительно строится сечение модели плоскостями. В каждом сечении формируется массив линий соответствующих однократному проходу раздаточной головки по прямой. Расстояние между линиями является параметром, связанным с особенностью конструкции 3D-принтера, который определяет толщину следа. На следующих рисунках представлены: вид 3D объекта (рис.1) и его образ, полученный путем склеивания объемов по слоям на основе использования описанного подхода (рис. 2). Рисунок 1 – Вид 3D объекта Рисунок 2 – Образ 3D объекта Дискретность, заметная на рисунке 2, возникает вследствие заданных значений параметров и может быть уменьшена. 273 УДК 621.391.25 Динамическая модель компрессорно-конденсаторного агрегата при переменном пусковом моменте Красновская С.В., Напрасников В.В. Белорусский национальный технический университет Сила тяги, создаваемая асинхронным трехфазным общепромышленным электродвигателем, передается через узлы крепления на опорную раму конструкции компрессорно-конденсаторного агрегата. При переходном режиме работы, запуске, торможении двигателя на рабочие механизмы действуют нагрузки, близкие к предельным. Предлагаемая математическая модель системы позволяет исследовать возникающие усилия в узлах крепления на опорной раме при пуске двигателя учитывает инерционные характеристики двигателя, нелинейные характеристики крутящего момента стартера, преднатяг болтов крепления двигателя, натяжение приводного ремня. Для построения конечно- элементной модели и наложения граничных условий использовалась система конечно-элементных расчетов Ansys, в частности платформа Ansys Workbench. Болты крепления опорной рамы конструкции заменены граничным условием Compression Only Support. Болты крепления двигателя моделируются деформируемыми линейными телами. К данным линейным телам прикладывается усилие преднатяга Bolt Pretension. Натяжение ремня заменено нагрузкой Bearing Load, прикладываемой на цилиндрическую поверхность шкивов. При анализе системы соблюдается следующая последовательность нагружения: задание усилий преднатяга болтов на первом шаге (для последующих шагов нагружения данный вид нагрузки имел зафиксированное значение Locked); задание натяжения от ремня на втором шаге; задание крутящего момента приводного вала на третьем шаге. Для определения напряженно-деформированного состояния опорной рамы и узлов крепления в частности при пуске двигателя проводится нестационарный расчет, в котором нагрузки задаются как функция времени. На механическую систему воздействует электромагнитный момент двигателя и суммарный, приведенный к валу двигателя момент сопротивления – статический момент. При расчете времени разгона двигателя учитывается момент инерции нагрузки, так как в общем случае двигатель несет статическую полезную нагрузку на валу и динамическую нагрузку, связанную с разгоном маховых масс механизма. 274 УДК 621.391.25 Расчет напряженно деформированного состояния конструкции промышленного робота Обиходов П. А.*, Соловьев А Н.**, Скалиух А.С.**, Напрасников В.В.* Белорусский национальный технический университет* Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону** Промышленный робот (далее ПР) состоит из исполнительного устройства в виде манипулятора и устройства программного управления. Манипулятор ПР предназначен для выполнения двигательных функций при перемещении объектов в пространстве и представляет собой многозвенный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Устройство передвижения служит для перемещения манипулятора или ПР в целом в необходимое место рабочего пространства и конструктивно состоит из ходовой части и приводных устройств. Целью данной работы было построение модели промышленного робота и проведения анализа напряженно-деформированного состояния конструкции (Рисунок 1). Рисунок 1. Деформированное состояние Результаты анализа показали, что максимальное суммарное перемещение составило 0,008 м и максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу равно 408 Па при силе тяжести груза в 100 кг. Таким образом, можно сделать вывод, что данная конструкция является работоспособной и поскольку максимальное напряжение не превышает предела текучести материала (250МРа), то в дальнейшем можно улучшить модель на основе оптимизации. 275 УДК 621.391.25 Моделирование механизма складского сортировочного устройства Ушкина Д.В.*, Напрасникова Ю.В.**, Соловьев А Н.***, Скалиух А.С.*** Белорусский национальный технический университет* Белгорхимпром** Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону*** Подъемные механизмы производят транспортировку материалов, как в вертикальном, так и горизонтальном положении, независимо от объёмов и характеристик. Именно поэтому применение подъёмных механизмы играет важнейшую роль практически во всех промышленных направлениях. Целью данной работы было построение модели складского подъемного механизма и проведения анализа напряженно-деформированного состояния и устойчивости конструкции при рабочих нагрузках (рис. 1). Рисунок 1. Первая форма потери устойчивости для угла 90 градусов Анализ результатов для рационального варианта показывает, что: • при увеличении угла поворота второй секции максимальные перемещения на конце стрелы увеличиваются и достигают и суммарной величины 0,11м, максимальное напряжение по теории прочности Мизеса в конструкции составляет 0,63*е8 Па, • коэффициент запаса потери устойчивости по первой форме для угла 90 градусов составляет 667, потеря устойчивости для рассматриваемого варианта не произойдет. 276 УДК 621.83.06 Оптимизация сайтов для повышения конверсии Пекарчик С.Е., Радевич В. Г. Белорусский национальный технический университет Если на сайте имеется целевая страница, которая приносит определенный трафик, то необходимо добиться хорошего уровня конверсии этого трафика. Иначе успешный проект будет попросту бесполезным. Конверсия - это количество посетителей сайта, совершивших действие (покупка товара, заказ услуги, платная консультация и т.д.) по отношению к общему числу пользователей ресурса. Средней величиной конверсии является 3-5%. Существует несколько путей повышения конверсии: • исключительно качественный контент; • правильные заголовки и подзаголовки; • концентрация внимания пользователей в нужных местах; • простые формы заказа и описания товаров; • отсутствие запутанных и множественных призывов к действию. В большинстве случаев, второстепенные факторы заставляют клиентов покидать сайт без покупки. Поэтому необходимо уделять мелочам большое внимание. Для того чтобы подстроиться под мнение большинства следует проводить опросы, создавать форумы и формы для комментариев. Также нужно дать возможность пользователю выразить мнение о продукте через отзывы. Каждый потенциальный клиент ищет в интернете выгоду, и продвижение сайтов (как по количеству, так и по качеству посетителей) зависит от содержания предложений. Дополнительными способами привлечения посетителей могут быть: • информация о скидках; • предложения для постоянных клиентов; • бонусные программы; • дополнительные возможности, которых нет у конкурентов. Еще один важный пункт – актуальность и достоверность информации. Аналогом выгоды является удобство клиентов. Стоит помнить о том, что некоторые пользователи покупают там, где проще это сделать. В работе рассмотрен пример информативного сайта до и после оптимизации его структуры и контента. Также рассмотрены принципы, используемые для повышения конверсии в зависимости от присутствия или отсутствия, а также необходимости присутствия у рассматриваемого сайта тех или иных признаков. 277 УДК 621.83.06 О программных средствах управления маршрутом движения дрона Пекарчик С.Е., Баев Е.В. Белорусский национальный технический университет Дроны год от года становятся все популярнее, а модельные ряды различных компаний пополняются новыми аппаратами. Области применения у них самые разные: разведка и боевые операции, фото- и видеосъемка, доставка еды и посылок, да и просто развлечения. Технология дронов достаточно новая и заслуживает интереса. Рисунок 1. AR.Drone 2.0 компании Parrot В докладе рассматривается приложение, которое позволит пользователю формировать маршрут движения и передавать его на выполнение дрону. Основными функциями программы является: 1. Создание маршрута при помощи карты. 2. Обеспечение связи между ПК и дроном. 3. Отправка и получение данных маршрута. Взаимодействовать с приложением довольно просто. Пользователь создает отметки на карте, которые должен посетить дрон, или загружает уже ранее созданный маршрут. Это может быть просто прямая от точки ‘А’ до точки ‘Б’ или сложная система направлений. Как только пользователь утвердил окончательный маршрут, он подключает дрон к приложению посредством технологии Bluetooth и передаёт маршрут на выполнение дрону. Дрон обработает полученные данные и полетит по заданному маршруту. После того, как дрон прилетел обратно, пользователь может снова подключиться к дрону и скачать данные полёта. 278 УДК 621.31-83.52 Исследование переходных процессов синхронного частотно- регулируемого электропривода Фираго Б. И. Белорусский национальный технический университет Преобладающими частотно-регулируемыми электроприводами являются асинхронные. Но в последнее время расширяется область применения синхронного электропривода при независимом регулировании частоты. При пропорциональном частотном управлении синхронного электродвигателя максимальный электромагнитный момент остается на номинальном уровне на всем диапазоне частот при постоянном магнитном потоке взаимоиндукции. Это свойство выгодно отличает синхронный двигатель от асинхронного, где при пропорциональном частотном управлении максимальный момент уменьшается с уменьшением частоты питающего напряжения. В связи с этим возник интерес к исследованию переходных процессов синхронного электропривода с независимым заданием частоты питающего напряжения. В предлагаемом докладе рассмотрены переходные процессы синхронного электропривода при линеаризации угловой характеристики двигателя и наличиина роторе демпферной обмотки, которая служит пусковой при прямом пуске синхронного двигателя. В переходном процессе, когда скорость ротора отличается от синхронной, демпферная обмотка формирует асинхронный момент, который складывается с синхронным электромагнитным моментом. Для анализа применен линейный закон изменения частоты питающего напряжения от времени в переходном процессе электропривода. На основании исходных уравнений электропривода получены дифференциальные уравнения второго порядка для угловой скорости ротора и электромагнитного момента синхронного двигателя. Решение этих дифференциальных уравнений позволило получить формулы в замкнутом виде для расчета угловой скорости ротора и электромагнитного момента двигателя в переходном процессе. Исследованы переходные процессы при пуске и торможении электропривода, набросе и сбросе нагрузки. Сопоставление результатов аналитических расчетов с моделированием подтвердило правильность разработанной методики. 279 УДК 621.574.3 Регулирование холодопроизводительности системы кондиционирования пассажирского вагона Миронович А.В., Примшиц П.П. Белорусский национальный технический университет Релейное управление работой компрессора системы кондиционирования (включён/выключен) приводит к заметному возрастанию давления хладагента перед терморегулирующим вентилем в конце рабочего участка, что увеличивает ток, потребляемый компрессором. Кроме того, частые пуски компрессора с нулевой скорости приводят к повышенному износу трущихся детей при пуске из-за ухудшения условий смазки. Вкратце работа холодильного контура системы кондиционирования описывается следующим образом. Хладагент под давлением 1,4 МПа проходит через терморегулирующий вентиль и попадает в дроссель, на котором существенно падает его давление (до 0,6 МПа). Далее, в испарителе происходит его постепенное преобразование в пар с поглощением тепла от продуваемого вентилятором воздуха. Парообразование полностью заканчивается до входа в компрессор, где давление уже составляет около 0,46 МПа. Оптимальному течению процесса кипения хладагента соответствует увеличение его температуры при движении по испарителю на (7 – 8)0С, называемое перегревом хладагента. Величина перегрева поддерживается приблизительно постоянной благодаря автоматической системе регулирования, включающей терморегулирующий вентиль и термобаллон. При понижении температуры хладагента на выходе из испарителя жидкость в термобаллоне сжимается, перекрывая терморегулирующий вентиль и, соответственно, снижая расход хладагента в системе. Аналогично, при повышении температуры на выходе из испарителя расход хладагента в системе увеличивается. Однако, данная система регулирует лишь оптимальное заполнение хладагентом испарителя. Давление же на входе в испаритель будет меняться при постоянной производительности компрессора. Увеличение давления перед терморегулирующим вентилем приводит к увеличению тока, потребляемого двигателем компрессора, а также ухудшает условия эксплуатации трубопроводов холодильного контура. Оптимальным решением этой проблемы является автоматическое регулирование скорости вращения вала компрессора в функции давления на входе в терморегулирующий вентиль. При этом будет обеспечено наилучшее заполнение испарителя хладагентом и постоянство действующего значения тока, потребляемого двигателем компрессора, что очень важно для автономных источников электропитания. 280 УДК 621.314 Электрические микромашины и их особенности Павлович С.Н. Белорусский национальный технический университет Широко распространенными элементами автоматики являются электрические микромашины (ЭММ), которыми принято называть машины мощностью до 500 ÷ 600 Вт [1]. Они выполняют в схемах автоматики различные функции: приведение во вращение различных механизмов и узлов; дистанционное управление, регулирование и контроль; преобразование одних величин в другие (механических в электрические и наоборот); электрическое интегрирование, дифференцирование и др. По назначению все ЭММ делят на две группы: 1) ЭММ общепромышленного (широкого) применения - это в основном микродвигатели постоянного и переменного тока. Например, большое количество различных ЭММ производится только для бытовой техники: холодильники, пылесосы, стиральные машины, миксеры, вентиляторы, электробритвы и т.п. При этом выпускаются электродвигатели с обычными скоростями вращения (1000 ÷ 5000 об/мин), тихоходные (78, 150 об/мин и др.) и высокоскоростные (12 000 ÷ 18 000 об/мин); 2) ЭММ автоматических устройств - они используются либо как исполнительные двигатели в следящих системах, либо как силовые двигатели (предназначенные для обычного приведения во вращение механизмов, устройств, приборов), либо как преобразователи различных физических и электрических величин. Общими для всех ЭММ (по сравнению с электрическими машинами средней и большой мощности) особенностями, которые следует учитывать при их проектировании и исследовании схем автоматики, являются следующие: • С уменьшением мощности возрастают активные сопротивления их обмоток, а также отношения активных и индуктивных сопротивлений обмоток к индуктивному сопротивлению взаимоиндукции; • Большинство ЭММ в магнитном отношении мало насыщены или совсем не насыщены; • В ЭММ потери в стали весьма малы, которыми можно пренебрегать при расчетах; • В ЭММ допускаются большие плотности токов в обмотках; • Из-за увеличения активных сопротивлений обмоток, плотностей тока, намагничивающей мощности, а также механических потерь на трение энергетические показатели (к.п.д. и cos φ) ЭММ ухудшаются с уменьшением их номинальной мощности. 281 УДК 62-52 Дискретно непрерывный синтез системы управления электроприводом Опейко О.Ф. Белорусский национальный технический университет Система управления электроприводом содержит как дискретные, так и непрерывные динамические звенья. В объекте управления происходят непрерывные процессы. В системах электроприводов устройства управления реализуются программно на основе микроконтроллеров. Это открывает широкие возможности для формирования разнообразных законов управления. Управление выполняется посредством импульсных звеньев: микроконтроллера, управляющего электроприводом, и полупроводникового преобразователя электрической энергии. Обычно микроконтроллер, управляющий электроприводом, формирует модулированный по ширине импульсов сигнал на входе преобразователя электрической энергии с требуемой частотой fS и с шириной импульсов, пропорциональной сигналу управления, вырабатываемому в соответствии с алгоритмом управления. Частота fC обновления сигнала управления обычно равна или меньше, чем частота fS , но кратна ей. Обе частоты, как правило, значительно превосходят частоты среза всех контуров управления, что позволяет синтезировать контуры управления электропривода, используя методы и модели для непрерывных систем. В наибольшей мере импульсный характер управления влияет на динамику управления током электродвигателя. Поэтому для повышения качества регулирования тока и увеличения запаса устойчивости системы целесообразно синтезировать управление в контуре тока методами теории импульсных систем управления. Внешний контур во многих случаях предназначен для управления технологическими параметрами, формируя сигнал задания для скорости. Время регулирования, требуемое для внешнего контура, значительно превосходит время регулирования скорости, а частота срезе значительно ниже. В то же время для обработки информации о технологическом процессе и формирования управления технологическими параметрами микроконтроллеру может потребоваться значительное время. Следовательно, внешний контур управления в подобных случаях следует синтезировать с учетом дискретности функционирования цифрового устройства управления (микроконтроллера). 282 УДК 621.333.2 Анализ тяговых приводов гусеничного трактора «БЕЛАРУС» Богуславский П. К. Белорусский национальный технический университет Анализ целесообразно начать с назначения тягового привода. Его задачей является осуществление вращения ведущих колес с заданной частотой, соответствующей заданной водителем теоретической скорости или с заданной тяговой нагрузкой. Система деталей и узлов, передающая энергию двигателя ведущим колесам (звездочкам) и другим рабочим органам машин, называется трансмиссией. Трансмиссия изменяет частоту вращения ведущих органов машин и подводимого к ним крутящего момента в заданных пределах по величине и направлению. Существует три основных вида трансмиссии трактора: механическая, гидромеханическая, электромеханическая. Механические и гидромеханические трансмиссии отличает простота конструкции, надежность, высокий КПД (0,9…0,95), низкая стоимость. Недостатками таких трансмиссий являются: ступенчатое регулирование скорости, разрыв силового потока и ударные нагрузки при переключении передач, трудность управления, сложность компоновки. Тем не менее, перечисленные положительные качества механических и гидромеханических трансмиссий обусловливают их применение на современных тракторах. На сегодняшний день главной тенденцией мирового автомобиле- и тракторостроения, является производство техники на электротяге. Электрическая трансмиссия без накопителя электроэнергии применяется, главным образом, в дорожно-строительной, сельскохозяйственной, лесной и специальной технике и позволяет: – снизить динамические нагрузки на узлы машины в целом и на двигатель внутреннего сгорания, в частности; – уменьшить буксование колес, снизить расход топлива, а значит, и выхлопы газов (экономия 10–20%, в отдельных режимах – до 30%); – регулировать скорость бесступенчато (электрическая трансмиссия – «автомат»); – исключить сложные и дорогие механические компоненты; – повысить надежность (ресурс электрических компонентов на порядок выше, чем механических). Все вышеперечисленное позволяет повысить производительность трактора идолговечность его трансмиссии, а также уменьшить вредное влияние на окружающую среду. Фактически появляются транспортные средства принципиально нового поколения, за которыми будущее. 283 УДК 621.3 Автоматизированные комплексы для ведения подземных работ Константинова С. В. Белорусский национальный технический университет Сегодня автоматизация основных технологических процессов успешно внедряется в практику горного дела. Эффективность работы горнодобывающих и угольных предприятий во многом зависит от уровня автоматизации оборудования, используемого в технологических процессах. Автоматизация производственных процессов позволяет резко увеличить производительность, улучшить условия труда (повысить безопасность и санитарно-гигиенических условия труда, значительно снизить риск развития хронических профессиональных заболеваний, включая неизлечимые и необратимые), снизить трудоемкость работ и является главным направлением технического прогресса в горнорудной промышленности. В зависимости от особенностей производственного процесса на рудниках применяют те или иные виды автоматических устройств. В установках, в которых не требуется изменения режима в процессе работы, автоматизация в основном заключается в управлении оборудованием, защите от ненормальных и аварийных режимов, контроле и сигнализации о работе установок, а также автоматической блокировке работы оборудования. Такими в настоящее время являются водоотливные установки, погрузочно-перегрузочные пункты, конвейерные установки и др. В тех установках, в которых требуется изменять режим работы по определенному закону, автоматизация включает в себя и автоматическое регулирование (например, рудничный подъем, вентиляторные установки и т. д.). Автоматизация может внедряться в трёх видах: дистанционное управление, телеуправление и полная автоматизация. Дистанционное управление обычно используют для управления работой такого оборудования, как экскаваторы, бульдозеры, и проходческие горные комбайны. Дистанционное управление обычно используется при добыче в опасных местах – где есть риск оползней, взрывов, падения породы, при подземной добыче. Телеуправление – используется для управления на значительном безопасном расстоянии работой оборудования, находящегося в опасном месте. Повышение степени автоматизации машин позволяет также операторам управлять несколькими горнодобывающими машинами, что способствует максимальному повышению производительности и упрощению режима работы 284 УДК 621.314 Сравнение характеристик многофазных асинхронных двигателей Васильев С.В. Белорусский национальный технический университет Многофазные асинхронные двигатели могут быть созданы на базе серийных трехфазных основного исполнения. В некоторых случаях это реализуется при наличии в трехфазных обмотках нескольких параллельных ветвей. Уменьшая их число, получаем многофазную модификацию. При этом геометрия активной части, число витков в фазе и сечение обмоточного провода не меняется. В случае невозможности такого решения задачи следует менять число эффективных витков в фазе и сечение провода. Используя выражение изменением числа параллельных ветвей (a), количества проводников в пазу nU и числа витков добиваются сохранения значения потока. Для сопоставления электроприводов с многофазными АД следует ввести ряд исходных данных, определяющих как функциональные свойства, так и массогабаритные показатели. Последние дают возможность рассмотреть экономические аспекты различных вариантов ЭП. Массогабаритные показатели многофазных преобразователей частоты условно увеличиваются на 30% при переходе от трехфазного к шестифазному исполнению, на 60% при переходе к девятифазному и т.д. Для сопоставления ЭП необходимо использовать определенные показатели, в том числе среднедиапазонный КПД, отражающий энергетику АД во всем заданном диапазоне регулирования от 1n до 2n и определяемый как эквивалентный усредненный для этого диапазона Обобщенный критерий приведенных затрат привода учитывает стоимость изготовления и затраты на эксплуатацию. Так как затраты зависят от КПД и коэффициента мощности, обобщенный критерий приведенных затрат имеет различные значения в разных точках диапазона и целесообразно определять диапазонное значение этого критерия. При работе АД в составе современных частотно-регулируемых электроприводов из-за близости коэффициента мощности привода к 1 из выражения критерия приведенных затрат электропривода может быть исключена составляющая, соответствующая стоимости компенсации реактивной энергии. a U m Z w nф ⋅⋅ = 2 1 ∫−= 2 1 .)( 1 12 n n АДсдАД dnnnn ηη 285 УДК 621.34 Влияние режимов работы частотно-регулируемого электропривода на изменение электромагнитных параметров Однолько Д.С. Белорусский национальный технический университет Использование асинхронного привода в технологическом процессе предусматривает рабочий диапазон температур электрических машин, в частности, тяговых двигателей, -40ᵒ…150ᵒ. В данных условиях, рабочему диапазону температур соответствует 75%-ое изменение активных сопротивлений обмоток двигателя. В системе векторного управления при реализации двухзонного регулирования скорости наблюдается, примерно, 20%-ное увеличение взаимной индуктивности Lm, вызванное ослаблением поля, относительно значения, полученного для номинального режима. Изменения индуктивностей рассеяния статора Lσs и ротора Lσr в связи с насыщением зубцовой зоны двигателя потоками рассеяния заметным образом проявляются при кратностях тока статора, превышающих 2-3 от номинального значения. Такое изменение, как правило, не превышает 20%-ного снижения относительно своего ненасыщенного значения, даже при токах прямого пуска двигателей на номинальное напряжение. Активное сопротивление ротора Rr и индуктивность рассеяния ротора Lσr изменяются от частоты тока ротора fr. Установлено, что в распространенном случае векторного управления АД с ограниченными значениями частоты тока ротора, обычно fr < 5 Гц, указанные параметры изменяются незначительно. В работах [1,2] отмечено влияние высших модуляционных гармоник в кривых тока статора и ротора на увеличение активных сопротивлений соответствующих обмоток АД. Такое изменение лежит в пределах 1-16% в зависимости от модуляционной частоты и мощности асинхронной машины. Максимальное увеличение соответствует более высокой частоте ШИМ и наиболее явно проявляется у двигателей большой мощности. Литература 1. Масандилов, Л.Б. Особенности определения параметров асинхронного двигателя при частотном управлении / Л.Б. Масандилов, С.Е. Новиков, Н.М. Кураев // Вестник Московского энергетического института. – 2011. – № 2. – С. 54–60. 2. Волков, А.В. Потери мощности асинхронного двигателя в частотно- управляемых электроприводах с широтно-импульсной модуляцией / А.В. Волков // Электротехника. – 2002. – № 8. – С. 2–9. 286 УДК 621.314.1 Генераторный режим работы вентильно-индукторного двигателя Александровский С.В. Белорусский национальный технический университет К электроприводу ряда промышленных установок, например промышленные роботы, предъявляются высокие требования к динамике. В этом случаепри регулировании координат электропривода необходимо гибкое сочетание двигательного и генераторного режимов работы электрической машины. Генераторный режим работы традиционных электрических машин (асинхронные и синхронные двигатели) достаточно хорошо изучен и отражен в технической литературе. В тоже время широкоераспространение находят вентильно-индукторные двигатели (ВИД), применение которых обусловленопростотой конструкции, высокой надежностью и хорошими массогабаритными показателями. При этом двойная зубчатая структура статора и ротораВИД существенно отличает их от традиционных электрических машин. Отличия в работе ВИД имеют место, как в двигательном, так и генераторном режимах. В общем случае работа ВИД состоит в дискретном переключении фазных обмоток при определенных положениях ротора относительно статора. Отсутствие магнитов на роторе означает, что направление действия электромагнитного момента определяется не направлением протекания тока статора, а угловым положением зубца ротора по отношению к возбужденному зубцу статора. При одном том же значении тока, но разном взаимном положении зубцов статора и ротора электромагнитный момент может быть либо движущим, либо тормозным. Стоит отметить, что отсутствие активных материалов на роторе не позволяет обеспечить генераторный режим работы ВИД при вращении ротора под действием внешних сил или сил инерции и отсутствии тока в катушке соответствующего зубца статора. Поэтому переход в генераторный режим работы ВИДне возможен без этапа возбуждения фазы путем подачи на нее положительного импульса напряжения в окрестности полного перекрытия взаимодействующих полюсов статора и ротора. Заканчивается этап возбуждения, когда полюс ротора начинает выходить из зоны полного перекрытия. Этот процесс аналогичен этапу включения фазы в двигательном режиме работы ВИД, но протекает при значительно большем значении индуктивности фазы. Дальнейшее протекание тока обусловлено увеличением ЭДС вращения, которая зависит от тока возбужденной фазы и скорости вращения ротора. На данном этапе вначале происходит возрастание тока, а затем его уменьшение до минимального значения в рассогласованном положении зубцов статора и ротора. 287 УДК 621.34 Рекуперативное торможение синхронного двигателя с постоянными магнитами в электромобилях Нго Фыонг Ле Белорусский национальный технический университет В последнее время электрические транспортные средства (ЭТС) получили распространение в качестве альтернативы традиционным транспортным средствам, оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС). В ЭТС возможно использовать рекуперативное торможение, что невозможно осуществить в обычных транспортных средствах с ДВС. Рекуперативное торможение – вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в аккумулятор. На рис 1 приведена схема электропривода синхронного двигателя с постоянными магнитами. Эта схема тоже может использоваться для рекуперативного торможения. При низкой скорости, ЭДС меньше напряжения аккумулятора, аккумулятор не заряжается. В этом случае схема работает в качестве повышающего преобразователя путем переключения нижних ключей (T2,T4,T6). Если ключи T2,T4,T6 открыты, электроэнергия накапливается в обмотках. Если ключи T2,T4,T6 закрыты, энергия протекает через диоды D1,D3,D5 и заряжает аккумулятор. Оптимальная скважность переключения ключей обеспечивает получение максимального зарядного тока. На рис 2 представлена зависимость зарядного тока от скважности и ЭДС. При высокой скорости, ЭДС больше напряжения аккумулятора, ключи T2,T4,T6 закрыты, схема работает как выпрямитель. Рис. 1 Рис. 2 288 УДК 004.93.1 Распознавание лиц с помощью средств библиотеки OpenCV Крук Ю.С. Белорусский национальный технический университет Развитие современных информационных технологий напрямую связано с вопросами развития компьютерного зрения. Детектирование образов компьютером является достаточно актуальной задачей, поскольку ее решение способствует развитию современных систем организации безопасности, например, помогает в вопросах разработки качественных систем слежения и др. В настоящее время одним из основополагающих методов в задаче детектирования лиц на изображении в реальном времени является метод Виолы-Джонса. Указанный метод был разработан и представлен в 2001 году П. Виолой и М. Джонсом. В основе метода лежит использование так называемых признаков Хаара, с помощью которых происходит поиск нужного объекта, например, лица, глаз, улыбки и др. В задачах распознавания лиц на видео большую роль играют каскады Хаара, которые позволяют сравнивать близкие изображения в задачах сопровождения детектируемого объекта между соседними кадрами видео. В настоящее время разработаны и активно применяются стандартные классификаторы для детектирования фигуры человека, лица, глаз и т.п. Вместе с тем достаточно актуальной является проблема индивидуального детектирования, когда возможным является распознавание конкретного человека. Рассматривается задача разработки каскада классификаторов Хаара для детектирования конкретного лица с помощью средств библиотеки компьютерного зрения OpenCV. Необходимо определить на видеопотоке в режиме реального времени лицо конкретного человека. Найденный образ требуется заключить в прямоугольную область. Для решения поставленной задачи было выполнено поэтапное «обучение» классификаторов. Для обучения использовалось два множества изображений: в одном множестве (обучающей выборке) находились изображения с детектируемым объектом, на изображениях другого множества объект отсутствовал. Объем обучающей выборки – 250 изображений, объем выборки с элементами фона – 500. В процессе обучения, занявшем около шести часов, было пройдено 14 стадий. Результатом работы является разработанная программа на языке Python, использующая построенный каскад классификаторов Хаара. Данные получаются в режиме реального времени с помощью web-камеры. 289 УДК 519.2 Стационарное распределение сетей массового обслуживания с неактивными заявками и многорежимными стратегиями обслуживания Крук Ю.С.1, Дудовская Ю.Е.2 Белорусский национальный технический университет1 Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины2 В настоящее время в теории сетей массового обслуживания проблема исследования сетей с частично ненадежными обслуживающими узлами становится все более актуальной. Ю. В. Малинковский ввел в рассмотрение класс сетей массового обслуживания с многорежимными стратегиями обслуживания. Узлы в таких сетях могут функционировать в нескольких режимах, соответствующих различной степени работоспособности. Однако не только узел может выходить из строя, поступающие в систему заявки также могут терять свои качественные характеристики. С этой точки зрения большой интерес представляют сети массового обслуживания с неактивными заявками, которые были впервые рассмотрены Г. Ш. Цициашвили. Заявки в таких сетях делятся на два класса: первые могут обслуживаться узлами, а вторые являются неактивными и не обслуживаются, скапливаясь в очередях узлов. Неактивные заявки можно интерпретировать как заявки, имеющие некоторый дефект, делающий их непригодными для обслуживания. В большинстве случаев исследователей интересуют характеристики стационарного функционирования таких сетей, в частности вид стационарного распределения вероятностей состояний. Рассматривается замкнутая сеть массового обслуживания с неактивными заявками и многорежимными стратегиями. Времена обслуживания заявок в узлах распределены по показательному закону. Каждый узел сети может функционировать в нескольких режимах, отвечающих различной степени работоспособности узла. В узлы сети поступают независимые простейшие потоки информационных сигналов, переводящих заявки в неактивное состояние и обратно, когда они снова могут получать обслуживание. Времена пребывания в режимах распределены по произвольному закону. Устанавливается инвариантность (нечувствительность) стационарного распределения вероятностей состояний сети по отношению к функциональной форме распределений длительностей пребывания в режимах при фиксированных первых моментах. 290 УДК 004.4 Возможности реализации алгоритмов ЭЦП на основе .NET Framework Security Белова С.В. Белорусский национальный технический университет Аутентификация сообщений защищает две обменивающиеся сообщениями стороны от любой третьей, но не обеспечивает защиту каждой из сторон от другой. Поэтому в ситуациях, когда нет полного доверия между отправителем и получателем, требуется нечто большее, чем аутентификация. Наиболее привлекательное решение проблемы – использование электронной цифровой подписи (ЭЦП). Технология применения электронной цифровой подписи предполагает наличие сети абонентов, посылающих друг другу подписанные электронные документы. Для каждого абонента генерируется пара ключей: открытый и личный. Личный ключ хранится абонентом в тайне и используется для формирования ЭЦП. Берется исходное сообщение и создается его хеш-код при помощи одного из алгоритмов хеширования. Затем хеш-код шифруется при помощи личного ключа отправителя сообщения. Результат шифрования и есть ЭЦП. Открытый ключ известен всем другим пользователям и предназначен для проверки (верификации) ЭЦП получателем документа. В библиотеке классов .NET Security поддерживаются асимметричные алгоритмы DSA и RSA. В основе всех асимметричных алгоритмов лежит класс AsymmetricAlgorithm. Класс AsymmetricAlgorithm располагается в пространстве имен System Security.Cryptography и является абстрактным классом. Из него производятся классы алгоритмов: RSA и DSA, которые также являются абстрактными. Из классов RSA и DSA затем производятся классы RSACryptoServiceProvider и DSACryptoServiceProvider, которые обеспечивают реализацию алгоритмов. Эти классы являются оболочками для Microsoft Crypto API. Способы работы с электронной цифровой подписью с помощью классов DSACryptoServiceProvider и RSACryptoServiceProvider практически идентичны. Публичные методы и свойства классов DSACryptoServiceProvider и RSACryptoServiceProvider также во многом аналогичны. Методы позволяют, например, вычислить хеш-код сообщения и подписать его, верифицировать заданную подпись, сравнив ее с подписью, вычисленной для заданного сообщения и т.д. Конструктор класса автоматически генерирует ключевую информацию в момент создания экземпляра. С помощью публичных свойств можно получить имя алгоритма обмена ключами, разрешенные размеры ключей, размер ключа в битах и другие параметры ЭЦП. 291 УДК 004.7 Защита DNS Белова С.В. Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день сообщество пользователей Интернет достигло немыслимых размеров, и далеко не все его члены заслуживают доверия. Cлужба DNS является достаточно критичным и важным компонентом, который используется каждый раз при отправке сообщения электронной почты или доступе к Web-странице. Она предназначена для преобразования символьных доменных имен, удобных для пользователей, в IP-адреса и представляет собой иерархически организованную распределенную базу данных, рассеянную по многим серверам имен. Однако при разработке DNS защита была отнюдь не главной целью. Фактически DNS представляет собой незащищенный протокол. Служба DNS не проверяет, поступил ли ответ от аутентичного источника и содержит ли он аутентичные данные. По причинам все большего распространения протокола IPv6, доступ к компьютерам через DNS имена станет еще более важным. Одним из решений, которые можно использовать для защиты DNS среды, является применение протокола DNSSEC, представляющего собой собрание расширений, повышающих надежность DNS. DNS клиент позволяет DNS серверу выполнять проверку от своего имени, при этом DNS клиент способен принимать DNSSEC ответы, возвращаемые с DNS сервера. Сам DNS клиент настроен на использование таблицы политики разрешения имен (Name Resolution Policy Table – NRPT) для определения того, как ему взаимодействовать с DNS сервером. Для аутентификации DNS сервера используется протокол IPsec. DNSSEC использует SSL для подтверждения того, что подключение защищено. DNS сервер проходит проверку подлинности с помощью сертификата, подписанного доверенным издателем. Таким образом, DNSSEC предоставляет новые функции, которые помогут сделать DNS инфраструктуру безопаснее, посредством совместного использования подписанных DNS зон, SSL защищенных подключений к доверенным DNS серверам и IPsec аутентификации и шифрования. 292 УДК 004.77 Оптимизация сайтов для поисковых систем Борисова И.М. Белорусский национальный технический университет Поисковая оптимизация сайта – правильный алгоритм действий, который предусматривает улучшение сайта изнутри для успешного индексирования его роботами всех поисковых систем и повышения релевантности контента. Конечный результат: высокие позиции ресурса по ключевым запросам в поисковиках. Полезный веб-проект, без правильной оптимизации сайта для поисковых систем, вряд ли сможет обрести должную популярность. Поисковую оптимизацию SEO (search engine optimization), принято разделять на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя оптимизация сайта становится одним из самых креативных этапов работы над сайтом. Это и повышение юзабилити, правильная подача информации, удобство пользования ресурсом и как результат высокие поведенческие показатели и позиции в поиске. SEO-оптимизация происходит отдельно по каждому из ключевых слов и состоит из следующих этапов: На сегодняшний день, является некое мнение о том, что оптимизация перестала давать тот эффект, который давала раньше, поэтому заниматься ею не только бессмысленно, но даже вредно. Этот миф образовался на почве того, что поисковые машины поменяли в корне свои алгоритмы, в связи с чем, старые методы поисковой оптимизации сайта перестали работать или их реализация в значительной степени усложнилась. Однако оптимизаторы, тоже не стали стоят на месте и в результате многочисленных опытов нашли способы, как оптимизировать сайт так, чтобы он “понравился” ПС. Поисковая оптимизация позволяет улучшить ваш сайт и сэкономить время. В общем, для поискового продвижения и за то чтобы получать дешевый поисковый трафик и не платить кучу денег на рекламу, надо заниматься оптимизацией комплексно и правильно. Улучшать юзабилити сайта, заниматься перелинковкой, усиливать свой сайт с помощью тематических ссылок и конечно же писать уникальный и качественных контент. Литература 1. Оптимизация сайтов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sovetywebmastera.ru/kak-prodvinyt-sait/stoit-li-zanimatsya- 2. Оптимизация сайтов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7bloggers.ru/optimizaciya-sajta-dlya-poiskovyx-sistem 293 УДК 681. Место моделирования поведения объектов в разработке программного обеспечения Бугай О.В., Бухвалова И.А. Белорусский национальный технический университет В [1] был рассмотрен вопрос о возможных подходах к проектированию информационных систем. В данном случае акцентировано внимание на диаграммных техниках объектно-ориентированного анализа при моделировании поведения предмета разработки. Итак, описание поведения выполняют для объектов типа Control, порожденных управляющими классами. В случае отсутствия таковых можно всю программу трактовать в качестве активного объекта. Для моделирования поведения предмета разработки прибегают к одному из видов диаграмм: диаграмме состояний (StatechartDiagram) либо диаграмме деятельности (ActiviteDiagram). Диаграмма состояний, по существу, является графом специального вида, который представляет некоторый автомат и, следовательно, для построения и понимания семантики конкретной диаграммы состояний надо учитывать не только особенности представления моделируемой сущности, но и знать общие сведения из теории автоматов. В UML автомат представляет собой некоторый формализм для поведения элементов моделей и системы в целом. Диаграмма деятельности (активности) является альтернативой диаграммы состояний. Главное отличие между ними в том, что в первом случае основное – действие, а во втором – статическое состояние. Когда параллельно выполняемые действия оказывают влияние друг на друга, возникает необходимость синхронизации отдельных действий. В этом случае на помощь приходит диаграмма деятельности, позволяющая реализовать упомянутую синхронизацию с помощью переходов «разделение-слияние». Имеется также возможность для описания поведения объектов прибегать к моделям, содержащим элементы диаграммы состояний и диаграммы деятельности. Это существенно повышает возможности обсуждаемых выше диаграммных техник. Литература 1. Бугай, О. В. Возможные подходы к проектированию информационных систем / О. В. Бугай, И. А. Бухвалова // Информационные технологии в образовании, науке и производстве : III Международная научно-техническая интернет-конференция, 20-21 ноября 2015 г. Секция 2 [Электронный ресурс]. - [Б. и.], 2015.URI http://rep.bntu.by/handle/data/21901 294 УДК 681.3.06 К вопросу представления бизнес-процессов Бугай О.В., Бухвалова И.А. Белорусский национальный технический университет В [1] были рассмотрены возможные подходы к проектирования информационных систем. В данном случае акцентировано внимание на возможных способах представления бизнес-процессов. Наибольшее распространение при моделировании бизнес-процессов получили диаграммы системного структурного анализа IDEF0, DFD и IDEF3. Центральное место в этом списке занимает диаграмма IDEF0. Правда, при разработке информационных систем предпочтение отдают DF- диаграммам, так как на ней можно явно указать отправителя и получателя информации, а также место хранения информации в ожидании обработки. На DF-диаграмме в отличие от диаграмм IDEF0 нет возможности представить исполнителей, а также распределение работ большого проекта по субподрядчикам. К сожалению, ни на диаграмме IDEF0, ни на DF- диаграмме невозможно представить логику выполнения процессов. Благодаря наличию перекрестков с этим успешно справляется диаграмма IDEF3. По этой причине в структурном системном анализе при моделировании бизнес-процессов часто прибегают к комплексным моделям с применением при необходимости упомянутых диаграммных техник в одной модели. Структурный системный подход при моделировании бизнес-процессов универсален и совершенно не влияет на то, какой подход будет применен в продолжение разработки программного обеспечения: структурный, объектно-ориентированный, компонентный. Открыв файл в RationalRose, можно, погрузившись полностью в это CASE- средство, разработать всю программу, включая проработку модели бизнес- процесса. Для этого можно использовать UML-диаграммы UseCaseDiagrams либо ActivityDiagrams. Отметим, что приверженцы графического редактора VISIOмогут все рассмотренные выше подходы моделирования бизнес-процессов реализовать в этом средстве. Литература 1. Бугай, О. В. Возможные подходы к проектированию информационных систем / О. В. Бугай, И. А. Бухвалова // Информационные технологии в образовании, науке и производстве : III Международная научно-техническая интернет-конференция, 20-21 ноября 2015 г. Секция 2 [Электронныйресурс]. – [Б. и.], 2015. URIhttp:// rep.bntu.by/handle/data/21901. 295 УДК 004.93.1 Компьютерная модель 3-D принтера Гурский Н.Н. Белорусский национальный технический университет Рассматривается компьютерная модель управляемой электро- механической системы двухзвенного механизма (3-D принтера), которая может составлять основу выполнения операций аддитивного производства. Общий вид модели и геометрия двухзвенного механизма с обозначением основных параметров приведены на рисунке 1. Рисунок 1 – Модель 3-D принтера и схема двухзвенного механизма Для связи параметров используются математические соотношения: cosAx a ϕ= ⋅ , sinAy a ϕ= ⋅ , 2 2( )B A A Bx x b y y= + − − . Приведенные уравнения позволяют решать прямую и обратную задачи управления принтером. Как видно, для решения обратной задачи, необходимо решить нелинейное уравнение, например численным методом деления отрезка пополам. В качестве исполнительных механизмов позиционирования звеньев используются электроприводы с двигателями постоянного тока. 3-D модель принтера и программная реализация его управления выполнена в среде Matlab-Simulink. Представленная модель 3-D принтера позволяет на ранних этапах проектирования оценить работу манипулятора, выбрать требуемые параметры исполнительных устройств, а также может использоваться в учебных целях. 296 УДК 681.51.033.26 Разработка программы для исследования и синтеза динамических систем с интервальными параметрами Несенчук А.А., Бесчетвертный М.В., Барковский А.С. Белорусский национальный технический университет Цель работы состоит в реализации компьютерной программы для построения корневых портретов различных типов конфигураций динамических систем второго порядка с интервальной неопределенностью. Основными задачами являются: 1) формирование аналитических моделей для построения корневых портретов систем; 2) построение корневых портретов систем в виде полей корневых траекторий; 3) установление типа корневого портрета; 4) формирование корневых портретов заданных типов для интервальных систем. Рисунок 1 – Интерфейс пользователя и поле корневых траекторий Программа реализована на C++, пользовательский интерфейс разработан с помощью фреймворка MFC. Для приблизительного нахождения вещественных корней многочлена с вещественными коэффициентами используются итерационные методы. Разработанные средства построения корневых портретов заданных интервальных систем и формирования корневых портретов позволяют определить характер переходных процессов в системе и обеспечивают возможность придания системе требуемых динамических свойств. 297 УДК 681.51.033.26 Исследование динамических свойств и размещение корней интервальной системы в заданной области Несенчук А.А. Объединенный институт проблем информатики НАН Беларуси В работе рассматривается вопрос исследования и синтеза семейств динамических систем с интервальной неопределенностью второго порядка. Решаются следующие основные задачи: 1) определение фактической области G расположения корней заданной системы; 2) размещение семейства корней системы в заданной области Q. Для решения задач используются корневые портреты систем. Динамические свойства системы описываются характеристическим полиномом вида p(s) = s2 + a1s + a2, (1) где ,2,1, =≤≤ jaaa jjj s= σ + iω. На основе исследования динамики корней семейства (1) устанавливаются 5 основных возможных типов конфигурации его корневого портрета: комплексный (рис. 1), граничный комплексный, действительный, граничный действительный и смешанный, определяющей динамические свойства системы в целом. Приводятся соотношения коэффициентов, при которых портрет имеет ту или иную конфигурацию и, таким образом, определяется фактическая область G (рис. 1). Рисунок 1 – Комплексный портрет. Рисунок 2 – Размещение корней Размещение корней в области Q выполняется посредством вычисления координат граничных точек портрета (например, tβ, tη min и tη max на рис. 2) на основе приведенных выше типов конфигурации. 298 УДК 004.942 Характеристические функции нечетких множеств в математических моделях представления знаний Попова Ю.Б., Бураковский А.И. Белорусский национальный технический университет В настоящее время в системе образования активно используются информационные обучающие системы (ИОС), которые в значительной мере способствуют расширению возможностей, как преподавателя, так и для обучаемого. Знания в ИОС могут быть представлены различными способами, исходя из используемой модели. Условно все модели можно разделить на следующие группы: логические, продукционные, сетевые, фреймовые, математические. Математическая модель на основе теории нечетких множеств имеет явное преимущество – она позволяет представлять и оценивать неформализованные знания максимально точно. В основе представления знаний по изучаемым предметам с использованием теории нечетких множеств лежит нечеткий ориентированный граф . Вершины графа – это множество концептов (предметных элементов). Дуги графа отображают отношения , которые характеризуют структуры предметных знаний. Вершины и дуги содержат функции принадлежности нечетких множеств и являются представлением эксперта о предмете. Функция принадлежности является характеристикой нечеткого множества. Тогда нечетким множеством G называется множество упорядоченных пар , где х – это элементы универсального множества X. Значение означает отсутствие принадлежности к множеству, а значение 1 – полную принадлежность. В качестве примера, рассмотрим построение характеристической трапецеидальной функции принадлежности с четверкой чисел (a,b,c,d) для понятия «Студент изучил тему Х». Зададим для неё область определения Х ϵ [18, 60] и три лингвистических терма – «Плохо», «Хорошо», «Отлично». Построив такую функцию принадлежности со следующими координатами: «Плохо» = [18, 18, 28, 34], «Хорошо» = [28, 35, 45, 50], «Отлично» = [42, 53, 60, 60] и сгруппировав эти результаты в таблицу, в дальнейшем можно получать нечеткие запросы с помощью операции нечеткое «И», например, список всех студентов с отличным знанием определенной темы. Способы извлечения знаний должны помочь снять рутинную нагрузку в процессе индивидуализации обучения и высвободить ресурсы для решения принципиально новых дидактических задач, которые обусловлены появлением все расширяющихся возможностей информационных технологий. 299 УДК 004.942 Разработка многопоточных приложений с учетом неравномерного распределения нагрузки между потоками посредством состояния ожидания потоков выполнения Карасик О.Н., Прихожий А.А. Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день в связи с повсеместным распространением многоядерных систем разработка и реализация специализированных многопоточных параллельных алгоритмов, учитывающих как специфику конкретной задачи, так и аппаратно-программные возможности многоядерной системы, является востребованной задачей. Основным преимуществом таких алгоритмов является существенное сокращение времени решения задачи по сравнению с известными однопоточными и многопоточными реализациями. Главным фактором, влияющим на эффективность таких алгоритмов и их реализаций, является стремление к равномерному распределению нагрузки между потоками выполнения, которое достигается за счет: 1. распределения исходных данных между потоками выполнения; 2. учета зависимости данных одного блока от данных другого блока; 3. создания эффективного алгоритма обработки данных блока. Как правило все вышеперечисленные факторы напрямую зависят от параметров входного потока данных и являются трудно предсказуемыми на этапе разработки многопоточного приложения. Данное исследование направлено на алгоритмы решения блочно- параллельных задач, где при равномерном распределении входных данных и блоков между потоками выполнения, нагрузка на блоки является неравномерной. Примером такой задачи является решение СЛАУ блочно- параллельными методами Гаусса, где исходная матрица разделяется на равные блоки, однако расчет блоков с большим индексом занимает больше времени из-за зависимостей между данными. В методе Флойда-Воршала решения задачи нахождения кратчайшего пути в ориентированном ациклическом графе расчет может быть разделен на равные по количеству вершин блоки, однако в зависимости от количества ребер в блоке расчет внутри отдельного блока происходит за неравное время. Для компенсации разницы в нагрузке между потоками выполнения, обусловленной исходными данными самой задачи, можно использовать время ожидания потока (время ожидания окончания расчета зависимых данных, время ожидания окончания итерации и т.д.) с целью передачи вычислительной нагрузки от более загруженных потоков к менее загруженным потокам. 300 УДК 681.51 Один из подходов автоматизированного управления движением пловца Скудняков Ю.А., Гурский Н.Н. Белорусский национальный технический университет В данной работе предлагается один из подходов решения задачи автоматического управления движением пловца. Принцип управления осуществляется с помощью использования автоматизированной системы управления (АСУ), которую можно представить в виде следующей схемы: Рисунок 1 – Схема АСУ движением пловца На рисунке 1 обозначены: САКУ – система анализа, контроля и учета параметров движения пловца в дискретные моменты времени с заданным периодом дискретизации, одним из основных элементов которой является человек-тренер, анализирующий, контролирующий и учитывающий показатели качества процесса движения пловца, а также участвующий непосредственно в управлении перемещением спортсмена; ПК – персональный компьютер; РПД – радиопередатчик; ВСЛ – видеосистема слежения за движением пловца; ДСК – датчик скорости движения пловца; Х – задающее воздействие, контролирующее на выходе ПК перемещения спортсмена в водной среде на основе сравнения с эталонной моделью движения пловца с учетом его антропологических и антропометрических параметров для достижения максимально возможной скорости; U – управляющее воздействие, генерируемое РПД на определенной радиочастоте; V – скорость движения пловца. ВСЛ фиксирует видеоизображение движения пловца, а ДСК – измеряет значение V. Эти данные поступают в ПК для обработки. Роль САКУ заключается в выполнении функций анализа, контроля и учета реальных параметров движения пловца с целью принятия тренером соответствующего решения построения оптимального процесса перемещения пловца в водной среде для достижения Vmax. 301 УДК 681.51 Исследование методов, разработка алгоритмов и программных средств обработки больших данных с использованием технологии torrent Трофимов Д.К., Прихожий А.А. Белорусский национальный технический университет Целью работы является изучение специфики работы протокола BitTorrent и применение полученных знаний в разработке сервиса для онлайн воспроизведения torrent видео файлов прямо в браузере клиента. Основной функцией продукта является онлайн воспроизведение видео контента, через торренты, без необходимости ожидания загрузки всего файла. Прототипом разработки явился «ACE STREAM MAGIC PLAYER». Принцип работы сервиса следующий: пользователь запускает в нем раздачу, которая находится на торрент-трекере. Работу по скачиванию контента проделывает сам сервер, а в браузер отдаётся уже видеопоток, который воспроизводится плеером VLCplayer. Таким образом, после буферизации, пользователь можете смотреть фильм, не дожидаясь полного окончания загрузки последнего на сервер. Для начала воспроизведения необходимо указать торрент, который пользователь хочет просмотреть. Это может быть как сам torrent-файл так и magnet- или URL-ссылка непосредственно указывающая на него. После этого начнется процесс буфферизации контента, трансляция контента в браузер и его воспроизведение. Сервис предлагает возможность выбора нужнного файл из группы, если они распространяются одним пакетом. Поддерживается на данный момент видео в формате MP4 и FLV. К плюсам сервиса можно отнести следующее: - независимость от операционной системы. Для корректной работы сервиса необходим лишь браузер и vlcPlayer; - возможность потокового воспроизведение видео высокой четкости; - возможность воспроизведения эфирного телевидения; - проигрывание любых торрентов без загрузки. Тем не менее, сервис не лишен определенных проблем. На текущий момент недоступна перемотка видео — только пауза. Сейчас ведутся работы по разработке алгоритма, который позволил бы проматывать просмотренный видеоролик от начала и до текущей точки загрузки. Также существует проблема, связанная со спецификой работы самого BitTorent протокола. Трудности с просмотром видео могут возникнуть в случае малого количество пользователей, раздающих данный контент, либо в случае их полного отсутствия. 302 УДК 681.51 Исследование модели стратегии планирования “вероятностный Backfilling” на разных потоках задач Фролов О.М., Прихожий А.А. Белорусский национальный технический университет Алгоритм Backfill планирования выполнения работ в grid является одним из наиболее эффективных, популярных и практически используемых средств управления распределенными ресурсами. Он способен планировать приоритетные и обратно заполненные работы, требующие для своего выполнения сразу нескольких процессоров. После оптимизации приоритетных работ он выполняет дополнительную оптимизацию обратно заполненных работ. На рис.1а показан план обратного заполнения работ, который не является оптимальным, поскольку он уступает плану, изображенному на рис.1б. Черной заливкой показаны приоритетные работы, штриховой – заполненные работы. Для усовершенствования и оптимизации известного варианта алгоритма Backfill предлагается использовать распределения вероятностей завершения запущенных на выполнение задач в заданном промежутке времени. В результате анализа полученных экспериментальным путем функций распределения вероятностей завершения задач на кластере в зависимости от времени были установлены зависимости вида функции от класса задач. Используя полученные данные можно записать упрощенное условие постановки задачи из очереди ожидания на выполнение через вероятность завершения выполняемого процесса и вероятность освобождения ресурсов, необходимых для запуска данного процесса: , где – вероятность постановки задачи q на выполнение из очереди планирования в момент времени t в зависимости от загруженности системы; – вероятность завершения одной из выполняющихся задач p в момент времени t; –вероятность освобождения требуемых для выполнения задачи q ресурсов объемом r процессоров в момент времени t. а) б) Рис.1. Неоптимизированный и оптимизированный планы выполнения работ, построенные алгоритмом Backfill 303 УДК 004.324 Использование шины AXI для получения видеоданных Щербаков А.В. Белорусский национальный технический университет Для взаимного обмена данными между процессорными ядрами и ПЛИС в системе на кристалле Xilinx Zynq-7000 организованы каналы: Accelerator Coherency Port (ACP), General Port(GP), High Performamce Port (HP). При необходимости передачи больших объемов данных от процессорных ядер Cortex-A9 в ПЛИС и обратно можно использовать предоставляемый фирмой Xilinx блок AXI Direct Memory Access. Этот блок подключается либо к порту ACP, либо к порту HP и позволяет передавать массив данных в ПЛИС по протоколу AXI-Stream. Кроме использования готовых Intellectual Property (IP) блоков существует возможность разработки пользовательского IP блока, непосредственно подключаемого к порту ACP или HP. При этом на пользователя ложится задача реализации протокола шины AXI. В качестве примера решения задачи связи процессорного ядра ARM Cortex-A9 с блоком FPGA разработан IP блок, имеющий интерфейс AXI-Lite, задачей которого является получение данных со стандартного интерфейса видеокамеры. Для генерации данных видеопотока использована камера OV7670, имеющая VGA разрешение и интерфейс подключения, состоящий из канала управления и канала передачи видеоданных. Интерфейс AXI-Lite является упрощенной версией интерфейса AXI, главным ограничением которого является отсутствие режима пакетной передачи данных. Обе шины имеют пять каналов связи: два канала для чтения данных и три канала для записи. Для чтения используют канал адресации данных и канал для передачи непосредственно данных. Для записи: канал адреса, канал передачи записываемых данных и канал подтверждения. IP блок камеры имеет входную 8-битную шину для передачи информации о цвете и входные сигналы вертикальной и горизонтальной синхронизации. Данные каждой строки видеоизображения заносятся во внутреннюю блочную двух портовую память (BRAM) блока FPGA. Для обеспечения требуемой скорости, четная и нечетная строка записывается в свой участок блочной памяти, что позволяет распараллелить запись данных из видеоинтерфейса и передачу данных в память через шину AXI-Lite. Разработанный IP блок имеет интерфейс AXI-Lite и позволяет записывать видеоданные по заданному адресу DDR памяти без задействования вычислительной мощности процессорного ядра ARM Cortex-A9. 304 УДК 681.51 Оптимальная по энергетическому критерию качества система управления гибридным транспортным средством Юденков В.С., Гук М.Э. Белорусский национальный технический университет Целью исследования является синтез оптимального управления электродвигателем, на базе магистрального метода оптимизации. Проведен синтез оптимального регулятора методом математического моделирования, рассчитан момент переключения с оптимального регулятора на ПИД - регулятор, а также показана экономичность привода по сравнению с обычным ПИД - регулированием. Критерий качества имеет вид: ∫ ∑∆+= T dtPJ 0 )1( λ Используя магистральный метод оптимизации, получено оптимальное управление: 0 2 ))()((1 R wPwg IIi Mссa ∆++ +±= λ , где g(w) – потери мощности в цепи возбуждения, )(wPM∆ – потери механической мощности, зависящие от угловой скорости. Основным двигателем гибридного автомобиля является двигатель внутреннего сгорания ДВС. В качестве вспомогательного двигателя используется либо синхронный двигатель переменного тока, либо двигатель постоянного тока ДПТ. Контур рекуперации энергии состоит из синхронного генератора СГ, электрического накопителя энергии ЭНЭ и электромеханического дифференциала ЭМД. Ключевым элементом гибридной силовой установки является распределитель мощности ЭМД, обеспечивающий перераспределение потоков мощности между механической трансмиссией автомобиля МТ, основным двигателем, вспо- могательным двигателем ДПТ и контуром рекуперации энергии ЭНЭ. При всех допустимых изменениях тягово-скоростного режима удалось обеспечить управление частотой вращения коленчатого вала ДВС, ми- нимизировавшее потери мощности в электромеханической системе. 305 УДК 004.942 Применение нейронных сетей в обучающих системах Яцынович С.В., Попова Ю.Б. Белорусский национальный технический университет Неотъемлемой частью процесса разработки обучающих систем является структурирование знаний, представляющее собой формализованное описание предметной области. Предлагается применение нейронных сетей (НС) для структурирования знаний [1]. С точки зрения обучающей системы нейрон S можно рассматривать, как некоторый учебный элемент, связанный с другими элементами с помощью синапсов и аксона. Вид нейрона представлен на рисунке 1. Рисунок 1 – Общий вид нейрона [2] В автоматизированных обучающих системах нейронные сети могут найти применение для диагностики уровня усвоения учебных элементов, а также для адаптации траектории обучения к способностям и фактическим знаниям обучаемых. Преимущества применения нейронных сетей состоят в возможности структурировать знания и отношения между учебными элементами. Установка приоритетов между отношениями базы знаний осуществляется в ходе обучения нейронной сети. Переходя от одного понятия к другому и задавая соответствующие вопросы, можно определить, какие из понятий базы знаний обучаемый усвоил, а какие — нет. Такой подход позволит получить объективную оценку уровня усвоения знаний. Проведя предварительное оценивание знаний, можно определить и сформировать для обучаемого отсутствующие связи между учебными элементами и обучить этим знаниям. Литература 1. Ясницкий Л. Н. Введение в искусственный интеллект. — М.: Издат. центр «Академия», 2005. 2. Еремин Д. М., Гарцеев И. Б. Искусственные нейронные сети в интеллектуальных системах управления. — М.: МИРЭА, 2004. 306 Металлургические технологии УДК 669 Методика расчета допустимой скорости непрерывной разливки углеродистых сталей в зависимости от химического состава Кабишов С.М., Малькевич Н.Г. Белорусский национальный технический университет Для оперативной оценки толщины затвердевшей корочки в различные моменты кристаллизации слитка чаще всего пользуются известным законом «квадратного корня»: ,Kδ = τ (1) где K – константа затвердевания, м/с0,5; 𝜏 – время, с. Согласно информации [1] при затвердевании в условиях современных МНЛЗ K = 0,0035–0,0048 м/с0,5. В работах [1, 2 и др.], где используется данная зависимость, не указано, какое значение следует принимать в том или ином случае. Опыт непрерывной разливки показывает, что константа кристаллизации существенно зависит от величины интервала кристаллизации сплава и условий охлаждения. Путем решения балансового уравнения энергии для заготовки, затвердевающей в условиях машины непрерывного литья, нами была получена следующая зависимость: ( ) ( ) , ,1 0 , ( ) ( ) ( ) 3 n i i sur i cool ii cr c liq out sol sol sur out a b l T T K v b c T T c T T T L =  + ⋅ α ⋅ ⋅ − =  τ ⋅ ⋅ρ ⋅ ⋅ + ∆ − − − +  ∑ , (2) где a и b – размеры сечения разливаемой заготовки, м; αi–коэффициент теплоотдачи (Вт/(м2∙К) в i-ой зоне охлаждения, , ,,sur i cool iT T – средняя температура поверхности и температура охлаждающей среды соответственно; li – длина i-ой зоны охлаждения, м; n – количество зон охлаждения; ρ – плотность стали, кг/м3; 𝜏cr – время полного затвердевания заготовки, с; vс, – скорость разливки, м/с; c0 и cout – теплоемкость металла в момент завершения кристаллизации при средней температуре в сечении заготовки, Дж/(кг∙К); L – удельная теплота кристаллизации, Дж/кг. В полученной зависимости (2) в явном виде присутствуют основные технологические параметры разливки (условия охлаждения, скорость разливки), размеры сечения заготовки и зон охлаждения, а также теплофизические характеристики разливаемой стали. Литература 1. Смирнов, А.Н. Непрерывная разливка стали /Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В.// ДонНТУ. –2011. – 482 с. 2. Самойлович, Ю.А. Стальной слиток. Т. 1. / Самойлович Ю.А [и др.]// Мн.: Беларуская навука, – 2000. – 583 с. 308 УДК 669 Эффективность применения водоохлаждаемых элементов в электродуговых печах Корнеев С.В., Трусова И.А. Белорусский национальный технический университет Для маломощных ДСП металлургических предприятий и литейных цехов машиностроительных заводов характерна кирпичная кладка стен и свода печи. По мере увеличения вводимой мощности ухудшалась стойкость кирпичной кладки. В результате в практику были внедрены водоохлаждаемые своды и корпуса печей. Это приводит к увеличению расхода электроэнергии на 10-70 кВт·ч/т, одновременно в 5-10 раз снижается расход огнеупоров, на 10-15 % уменьшается расход электродов, улучшается ремонтоспособность печей и в результате повышается их производительность. Например, на ДСП-50 ОАО «Ижорские заводы» при внедрении водоохлаждаемого свода удалось снизить удельный расход огнеупоров с 9,2 кг/т до 0,5 кг/т. Для определения эффективности использования водоохлаждаемого корпуса и свода на ДСП-100 нами были определены удельные расходы электрической энергии в случае использования водоохлаждаемых панелей и в случае использования огнеупорной кладки. Для футеровки ДСП-100 с эркерным выпуском и водоохлаждаемым корпусом и сводом расход огнеупорных материалов в среднем составляет 8,4 кг/т (из них огнеупоров – 2,4 кг/т, масс – 6 кг/т). На арматурную футеровку приходится 0,45 кг/т, набивную футеровку подины 1 кг/т, рабочую футеровку 5,7 кг/т, эркерный выпуск 0,6 кг/т, продувочную фурму и систему продувки аргоном – 0,45 кг/т, малый свод – 0,15 кг/т. Расход теплоизоляционных материалов – 1,1 кг/т. В случае использования кирпичной кладки расход огнеупоров принимался равным 35,4 кг/т. Результаты расчетов показывают, что использование водоохлаждаемых панелей и свода является более предпочтительным вариантом, так как суммарные годовые денежные затраты снижаются на 9,5 % без учета уменьшения времени простоев печи и других преимуществ использования водоохлаждаемых элементов. Снижению расхода электрической энергии при использовании водоохлаждаемых корпусов и свода способствует управляемое вспенивание шлака. 309 УДК 669 Влияние величины температурного интервала кристаллизации на уровень дендритной сегрегации в непрерывнолитых заготовках Кабишов С.М. , Ратников П.Э., Менделев Д.В. Белорусский национальный технический университет Анализ экспериментальных данных о распределении ликватов в области столбчатой кристаллизации в непрерывнолитых заготовках показывает, что среднее значение концентрации отдельных элементов в твердой фазе практически постоянно и равно исходной их концентрации в разливаемом сплаве. Но в масштабе одной дендритной ячейки концентрация примесей по мере заполнения ячейки будут изменяться. В рамках исследований, выполняемых согласно заданию 2.1.08 ГПНИ «Механика, техническая диагностика, металлургия» был выполнен анализ дендритной сегрегации в непрерывнолитых заготовках. В процессе моделирования была рассмотрена ситуация, когда вторичные ветви соседних дендритов вырастают до такой степени, что перекрывают возможность выделения ликвирующих примесей в жидкое ядро. С учетом накопления примеси в остатках жидкости в междендритном пространстве были выполнены расчеты для случаев затвердевания заготовок из стали 20 и стали 80К (рис. 1). Рис.1. Изменение относительной концентрация углерода между вторичными ветвями дендрита в зоне столбчатой кристаллизации при затвердевании заготовки из стали 80К (сплошная линия) и стали 20 (штриховая линия) Как видим, увеличение разности температур между границами фазового перехода приводит к существенному росту дендритной сегрегации углерода: в стали 20 данный показатель не превышает 4 %, а в стали 80 достигает 20 %. 0,9 1 1,1 1,2 1,3 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 CS/C0 x/l 310 УДК 669 Анализ количественных характеристик угара легирующих элементов и примесей при выплавке железоуглеродистых сплавов в среднечастотной индукционной печи Румянцева Г.А., Герман М.Л.*, Рафальский И.В., Шенец С.Л. Белорусский национальный технический университет, * УП «Литье» Проблеме угара легирующих элементов при плавке стали и чугуна в индукционных тигельных печах повышенной частоты (ИТППЧ) в технической литературе уделяется недостаточно внимания. Но в машиностроении и литейном производстве большая часть сплавов производится именно в ИТППЧ, и суммарные потери легирующих достигают значительных объемов. В печах с основной футеровкой угар элементов следующий [1]: вольфрама около 2 %,– хрома, марганца и ванадия – 5–10 %, кремния – 10–15 %, титана 25–35 %; в печах с кислой футеровкой: угар марганца – 10 %, кремний практически не угорает, угар вольфрама и молибдена около 2 %, хрома 5 %. В условиях унитарного предприятия «Литье» были проведены плавки чугуна ЖЧХ3 и стали 25Л в индукционной печи YR - 120 с кислой футеровкой (таблица 1). Таблица 1 – Химический состав исследуемых сплавов, % Сплав C Si Mn Ni V Mo Cu Cr P S ЖЧХ3 3-3,8 2,8-3,8 <1.0 <0, 2 <0,1 5 <1. 0 <0,0 4 2-3 0,3 <0,1 2 Сталь 25Л 0,22- 0,3 0,17- 0,37 0,5- 0,8 0,2 5 0 0 0,25 0,2 5 <0,0 35 <0,0 35 В результате химического анализа проб установили, что угар элементов для сплава ЖЧХ3 составил: углерод (С) – 10%, кремний (Si) – 15%, марганец (Mn) – 15 %, никель (Ni) – 2%, ванадий (V) – 10%, молибден (Mo) – 2 %, хром (Cr) – 2 %. Для стали 25Л: (С) – 2 %, (Si) – 27 %, (Mn) – 8 %, (Ni) – 2 %, (V) – 1 %, (Mo) – 2 %, (Cr) – 2 %. Анализ полученных результатов показывает, что фактические потери легирующих отличаются от данных [1]. Следовательно, необходимы дополнительные исследования с целью выявления причин угара элементов и корректировки существующих технологий плавки стали и чугуна в ИТП. Литература 1. Поволоцкий, Д.Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов / Поволоцкий Д.Я. [и др.] // М.: Металлургия, 1974. – 551 с. 311 УДК 669 Моделирование процессов индукционного нагрева изделий сложной формы Цыкунов П.Ю., И.А. Трусова Белорусский национальный технический университет В настоящее время создание и реализация процесса термообработки деталей и заготовок, как правило, включает стадию компьютерного моделирования. Учитывая особенности индукционного нагрева, предварительный расчет конструктивных и технологических параметров установки является обязательным. В рамках исследований был создан программный модуль, позволяющий смоделировать поведение заготовки при различных входных параметрах индукционного нагрева. В качестве метода решения уравнений Максвелла, как основы индукционного нагрева, использована конечно-разностная модель. Особенностью примененной модели является переход с сеточного разбиения заготовки на методику угловых координат для заготовок круглого сечения. Это позволило снизить погрешность расчета. Программирование производилось в среде Lazarus. Созданный программный модуль имеет собственную базу данных материалов с возможностью ее пополнения. В расчетах используется температурная зависимость трех ключевых свойств материалов (теплоемкость, плотность, теплопроводность) от температуры, что сильно повышает точность расчетов. По критическим точкам материала есть специальная база данных. Расчет температурного поля заготовок производится в реальном времени с параллельным графическим построением по сечению. Имеется возможность изменения шага по сечению и времени, усреднение свойств по температуре для ускорения расчетов. Использование программного модуля позволяет получить температурные поля заготовок типа: ограниченный цилиндр, ограниченная труба, прямоугольный профиль (брус и пластина). На основе варьирования параметров индукционного нагрева выявлена их взаимосвязь с конечным результатом нагрева, что позволяет оценить время, необходимое для нагрева заготовки до требуемого состояния и выбрать способ и режим последующей операции. Среди ключевых параметров выделены: полезная мощность нагрева и ее влияние на скорость нагрева, толщина скин-слоя и его влияние на выбор частоты нагрева в соответствии с геометрическими размерами заготовки, влияние свойств материала заготовки на допустимую мощность и скорость нагрева, и температурный перепад по сечению. 312 Литейное производство черных и цветных металлов УДК 621.791.36 Экологические аспекты использования отработанных масел в качестве альтернативного топлива в различных технологических процессах Панасюгин А.С., Машерова Н.П., Михалап Д.П. Белорусский национальный технический университет В настоящее время жидкие углеводороды используются в различных отраслях народного хозяйства, начиная с тяжелой индустрии и заканчивая легкой промышленностью и сельским хозяйством. Для подавляющего числа механических узлов необходимы смазки, которые через определен- ный срок эксплуатации теряют свои потребительские свойства. В резуль- тате образуется большое количество отработанных масел. При современ- ном дефиците энергоносителей захоронение отработанных масел является нецелесообразным. На данный момент установлено, что ряд отработанных органических продуктов может представлять интерес в качестве альтернативных источ- ников энергии. Так, в качестве энергоносителей можно использовать угле- водородсодержащие отходы, которые в соответствии с Классификатором отходов, образующихся в Республике Беларусь относятся к группе IV «Отходы продуктов переработки нефти»: А «Отходы синтетических и минеральных масел»; В «Отходы эмульсий и смесей нефтепродуктов»; Г «Отходы добычи нефти»; Д «Шламы минеральных масел, остатки, содержащие нефтепродукты»; Е «Остатки рафинирования нефтепро- дуктов». В процессе работы были проведены научные исследования по разра- ботке метода топливоподготовки отработанных масел для их использова- ния в качестве альтернативного топлива. В ходе проведенных натурных испытаний было установлено, что при использовании кавитационных станций топливоподготовки решается за- дача утилизации отработанных масел, при этом обеспечивается соответст- вие нормативным показателям по содержанию загрязняющих веществ в отходящих газах, поступающих в атмосферный воздух, и экономия топли- ва не менее 10–25 % по отношению к обычному печному топливу. 314 УДК 546.39 : 66.081 Сорбционные свойства шунгитсодержащих материалов, полученных методом кислотной активации Панасюгин А.С., Цыганов А.Р., Григорьев С.В., Чипурко З.Н. Белорусский национальный технический университет Избыточное содержание летучих органических веществ в атмосфере является актуальной экологической проблемой. В настоящее время очист- ка отходящих газов от паров органических растворителей путем адсорб- ции на природных сорбентах в частности шунгитовых пород представля- ется весьма перспективным. Это связано с наличием значительных запасов шунгитовых пород в природе. Улучшения сорбционных характеристик шунгитов можно достичь в результате их предварительной обработки. Целью данной работы явилось исследование закономерностей сорбции паров изо-пропанола на природном и активированном раствором фосфор- ной кислоты шунгите, а также установление механизма, по которому про- текает процесс активации шунгита. Объектом исследования являлся природный и активированный фос- форной кислотой шунгит Зажогинского месторождения (Россия, Карелия). В ходе исследований установлено, что механизм активации шунгита H3РO4 протекает путем разложения фазы мусковита, с образованием кри- сталлографических фаз: Al(Н2PO4)3, Fe(Н2PO4)3 и Mg3(PO4)2. Результатом кислотной активации явилось увеличение скорости сорб- ции отношению к парам изо-пропанола примерно в 2 раза. Лимитирующей стадией адсорбционного процесса является внутри- диффузионный механизм. Процесс кислотного активирования природного шунгита привел к уве- личению удельной поверхности и сорбционного объема в 2,7 раза. В ходе анализа изотерм сорбции установлено, что пористая структура исходного и активированного шунгита соответствует мезопористым ад- сорбентам. 315 УДК 621.791.36 Проблемы, возникающие при лазерной пайке алюминия и его сплавов Щавелева О.А., Девойно О.Г., Голубцова Е.С., Луцко Н.И. Белорусский национальный технический университет Проблема получения качественных соединений методом лазерной пай- ки на сегодняшний день является актуальной. Для обеспечения доброкаче- ственной пайки температура плавления припоя должна быть ниже темпе- ратуры плавления основного металла. При пайке, как и при сварке алюми- ниевых сплавов, возникают некоторые трудности. Возможность образова- ния тугоплавкого окисла Al2O3 (Tпл = 2050 °С) с плотностью большей, чем у алюминия, затрудняет сплавление соединяемых поверхностей и спо- собствует загрязнению контактируемых поверхностей припоя и основного металла. Припой не должен растворять основной металл, а смачивать его, легко растекаясь по соединяемым поверхностям. В большинстве случаев, соединяемые поверхности предварительно очищают механохимическим путем, с применением флюсов. Флюсы подбирают таким образом, что они должны полностью переходить в жидкое состояние и проявлять химиче- скую и физическую активность при сравнительно низких температурах. Действие флюсов при пайке алюминия и его сплавов направлено на дегра- дацию оксида Al2O3, которая в зависимости от их природы может проте- кать по химическому, физическому или смешанному механизмам. Из известных на сегодняшний день соединений наиболее бурно взаи- модействуют с оксидом алюминия - галогениды лития. При правильном подборе припоя в процессе лазерной пайки должно происходить расплав- лении припоя лазерным пятном без расплавления основного металла. Ме- таллы, используемые в исследованиях, - алюминиевые сплавы Д16 и АК5. В ходе протекания процесса возникает другая проблема, поскольку алю- миний плохо поглощает излучение необходимо подобрать температуру, при которой выбранный припой будет расплавляться, постепенно заполняя зазоры. В ходе лазерной пайки, контролировать температуру возможно только косвенно - изменяя скорость передвижения лазерного пятна и его диаметр. Данные проблемы, можно решить только опытным путем. 316 УДК 621.74 Экзотермические утеплительные смеси Барановский К.Э., Розенберг Е.В., *Розум В.А. Белорусский национальный технический университет *ООО «ПолитегМет» В практике литейного производства широко применяются утеплитель- ные покровные смеси. Эти смеси предназначены для утепления открытых прибылей стальных и чугунных отливок. В настоящее время для этих це- лей применяются засыпки из следующих материалов: кварцевого песка, шамотной крошки, диатомита. Защищающих зеркало металла от тепловых потерь излучением. Лучший утеплительный эффект получают при исполь- зовании материалов с большей пористостью и низкой теплопроводностью: вспученного перлита, керамзита, вспученного вермикулита теплоизоляци- онных органических смесей (рисовая шелуха и т п.). Все выше перечис- ленные материалы имеют существенные недостатки: спекаемость мате- риалов (кроме органических смесей), затраты тепла на нагрев самого ма- териала, не большое выделение тепла при горении. Этих недостатков ли- шены экзотермические покровные смеси. Источником тепла в этих смесях служит реакция окисления алюминия. Экзотермическая смесь начинает работать при контакте с жидким металлом в прибыли. Действие экзотер- мических смесей (подогрев металла в прибыли, увеличение времени воз- действия атмосферного давления на жидкий металл, резкое снижения теп- лопотерь за счет уменьшения излучения и конвекции) способствует повы- шению эффективности работы прибыли и уменьшению усадочных рако- вин и пористости. Снижается литейный брак от дефектов усадочного ха- рактера, гарантируется стабильное качество литья. Авторами статьи разра- ботана, изготовлена и прошла промышленное опробование утеплительная экзотермическая покровная смесь, состоящая, в основном, из производи- мых в Республике Беларусь компонентов, в том числе вторичных материа- лов и отходов производства. Экзотермическая смесь состоит из: окисляе- мых компонентов, окислителей и термостойких наполнителей. Смесь предназначена для чугунов и сталей. После засыпки в прибыль на жидкий металла смесь медленно разгорается и увеличивается в размерах, на по- верхность выносится легкая низкотеплопроводная часть, в глубине смеси продолжается горение и нагрев термостойкого наполнителя, удерживаю- щего тепло, в течение 10-25 минут в зависимости от размера прибыли и температуры сплава. Экзотермическая утеплительная смесь позволяет не только повысить качество литья, но и уменьшить металлоемкость прибы- лей на 20-30% за счет увеличения их эффективности. 317 УДК 621.74; 669.13 Литье заэвтектических хромистых чугунов Барановский К.Э., *Ильюшенко В.М., *Дувалов П.Ю. Белорусский национальный технический университет *«Институт технологии металлов» НАН Беларуси Задача по повышению износостойкости деталей из хромистых чугунов является комплексной и включает: выбор состава износостойкого чугуна в зависимости от условий эксплуатации детали, определение технологии литья, разработку оптимальных режимов литья, а так же использование дополнительного легирования базового состава чугуна. Износостойкость хромистых чугунов, главным образом, зависит от ко- личества и размеров тригональных карбидов (Fe, Cr)7C3 обладающих вы- сокой твердостью – 1240 - 1550 HV. Образование карбидов, их расположе- ние и размеры сильно зависят от условий первичной кристаллизации. При этом скорость кристаллизации играет важнейшую роль в формировании кристаллической структуры хромистых чугунов, влияя, в первую очередь, на размер карбидов. Преобладание отдельно расположенных тригональ- ных карбидов размерами (в сечении) 5 - 12 мкм в аустенитно- мартенситной металлической матрице обеспечивает наиболее высокую износостойкость материала. Такой структурой обладают детали, получен- ные литьем в кокили и комбинированные формы. В «Институте технологии металлов» НАН Беларуси проводились экс- периментальные плавки заэвтектических хромистых чугунов содержащих 4,2 - 4,4 % углерода. Для измельчения заэвтектических карбидов сплав дополнительно модифицировался и легировался карбидообразующими элементами, детали изготавливали в металлических формах. Комплексное легирование и модифицирование позволило измельчить заэвтектические карбиды до 10 - 15 мкм. Детали для центробежных мельниц из этих чугу- нов были поставлены различным организациям. Случаев поломок у потре- бителей не наблюдалось. Проведенные в лабораторных условиях испытания на износостойкость чугунов с измельченными заэвтектическими карбидами, показали, что из- носостойкость таких чугунов значительно выше, чем у используемых в настоящее время. Для оборудования, работающего в условиях незначительных ударных нагрузок, можно рекомендовать заэвтектические высокохромистые чугуны с диспергированными карбидами, содержащие 4,2 - 4,4 % углерода. 318 УДК 669.15 Обработка расплава стали модификаторами, содержащими щелочноземельные металлы Проворова И.Б., Комаров О.С. Розенберг Е.В. Белорусский национальный технический университет Обработка жидкой стали лигатурами, содержащими щелочноземельные металлы, оказывают комплексное рафинирующее и модифицирующее воздействие. В результате процессов модифицирования происходит изме- нение степени дисперсности и морфологии фазовых составляющих стали. При этом существенно изменяются механические и технологические свой- ства. Эффективность совместного применения лигатур с кальцием, барием и стронцием в значительной степени обусловлено тем, что эти элементы обладают полной взаимной растворимостью. При вводе таких сплавов в жидкую сталь упругость паров будет ниже упругости пара каждого от- дельно взятого элемента, что ведет к более медленному испарению и, как следствие, к более эффективному результату модифицирования. Целью приведенной работы является опробование опытного модифи- катора, содержащего ЩЗМ, в промышленных условиях для производства отливок из стали марки 45Л. Для определения влияния модификатора на механические и литейные свойства стали 45Л проведена серия плавок по заводской технологии. При заполнении заливочного ковша на 25-30%, в него вводился модификатор в количестве 0.1, 0.2, 0.3% соответственно. Затем, заливались спиральные пробы на жидкотекучесть и трефы, часть из которых использовалась для изготовления шлифов, для определения за- грязненности стали неметаллическими включениями, а часть подвергалась термической обработке – нормализации в соответствии с заводской техно- логией для проведения механических испытаний. В результате обработки жидкой стали модификатором, уменьшился размер и количество неметал- лических включений, а также улучшилась их форма. Результаты испыта- ний механических свойств показали, что после модифицирования про- изошло повышение предела текучести на 20 – 35%, относительное удли- нение и относительное сужение при модифицировании возросло на 25 – 40%. Кроме того, при модифицировании на 40 – 55% увеличилась жидко- текучесть. Следует отметить, что некоторые зависимости носят экстре- мальный характер, поэтому целесообразно вводить в расплав 0,2% моди- фикатора. Применение модификатора, содержащего ЩЗМ, позволяет сни- зить загрязненность стали неметаллическими включениями повысить жидкотекучесть расплава, а также увеличить механические свойства отли- вок. 319 УДК 621.74 Повышение эффективности лигатуры на основе меди для внепечной обработки высокопрочных чугунов Слуцкий А.Г., Шейнерт В.А., Сметкин В.А., Кулинич И.Л. Белорусский национальный технический университет В основу технологии получения высокопрочных чугунов положена вне- печная обработка жидкого расплава лигатурами, магнийсодержащим присад- кам. Широкое распространение получили сфероидизирующие лигатуры на основе ферросилиция (типа ФСМг) и «тяжелые» лигатуры на основе меди и никеля. Повышение их эффективности за счет более полного усвоения маг- ния, снижения удельного расхода присадки, и минимизации пылегазовых вы- бросов в процессе сфероидизирующей обработки жидкого чугуна является актуальной задачей. Одним из путей решения данной проблемы является применение лигатур в компактной форме, при которой процесс растворения присадки протекает эффективнее. В настоящей работы исследованы особенности получения и применения «чипс»-лигатуры на основе меди и магния с добавками нанодисперсного по- рошка оксида иттрия. Для получения лигатуры в виде пластин толщиной 1- 2мм использовали принцип механотроники, включающий брикетирование исходных компонентов после их перемешивания с последующим высокоско- ростным ударно-механическим воздействием. В лабораторных условиях сфероидизирующая обработка жидкого чугуна производилась ковшевым методом с использованием «чипс»-лигатуры. При этом величина добавки составляла 0,8% от массы обрабатываемого расплава. Установлено, что при сфероидизирующей обработке высокопрочного чу- гуна разработанной лигатурой процесс взаимодействия магния с жидким рас- плавом протекает стабильно без существенного пироэффекта и выбросов ме- талла за пределы ковша. Металлографический анализ показал, что структура чугуна состоит из шаровидного графита правильной формы. Наличие в составе лигатуре оксида иттрия оказало так же положительное влияние как на количество включений шаровидного графита. По механиче- ским свойствам полученный высокопрочный чугун соответствует марке ВЧ60. Анализ проведенных исследований показал, что изменение размера струк- турных составляющих и уменьшение толщины «чипс»-лигатуры до величи- ны порядка 1,5 мм способствует более быстрому ее растворению в процессе сфероидизирующей обработки жидкого чугуна. Это позволяет повысить эф- фективность процесса и исключить операцию вторичного модифицирования высокопрочного чугуна. 320 УДК 621.745.669.13 Анализ способов получения стальной фибры для армирования железобетонных конструкций Шейнерт В.А., Галузо О.Г., Кулинич И.Л., Прокопчук Д.А. Белорусский национальный технический университет Одним из путей использования высокопрочных бетонов является при- менение в его составе стальной фибры, особенно при строительстве ответ- ственных зданий и сооружений. В настоящее время известны несколько способов получения литой стальной фибры, которые отличаются: по используемому сырью (шихта, сляб, вторичный металл, сварочная проволока и катанка); по способу за- грузки сырья в зону плавления (ручная, полуавтоматическая загрузка, трайп-аппарат для подачи катанки и проволоки); по способу плавки (ин- дукционный, электродуговой, плазменно-дуговой и соответствующим им конструкциям питателей рабочей камеры); по способу кристаллизации металла (с получением непрерывного волокна, штапеньного волокна, лен- ты и т.д.). Самым эффективным является электродуговой способ получения фиб- ры, в основу которого могут быть положены два вида процесса: первый процесс – зона плавки металла и рабочая зона получения фибры разделены в пространстве; второй процесс – зона плавки металла совмещена с рабо- чей зоной получения фибры. В основу технологии получения стальной литой фибры положен способ электроплавки стали с последующим диспергированием расплава на спе- циальной установке. Она представляет из себя электромеханический ком- плекс устройств и агрегатов, позволяющий производить конечную про- дукцию непосредственно из исходной шихты в одну стадию. Это позволя- ет получать из стального холоднокатаного прутка литую фибру высокой дисперсности и анкерной способностью в бетонных смесях. Однородный гранулометрический состав фибры обеспечивается авто- калибровкой в процессе ее изготовления. А физико-механические свойства получаемого материала позволяют эффективно смешиваемость ее в бетоне без образования «ежей», с равномерным распределением фибры по объему. Перспективным направлением использования фибробетона являются строительство зданий, взлетно-посадочных полос, автомобильных дорог, военных укреплений, хранилищ ценностей и опасных материалов, хими- ческая и металлургическая промышленность (химически стойкий и тепло- стойкий бетон). 321 УДК 669.714 621. 732.18 Термодинамический анализ восстановительных процессов силицидных систем Иванов И.А., Слуцкий А.Г., Ковалевич Э.В. Белорусский национальный технический университет Изготовление сплавов для катодов из силицидов с заданным содержанием кремния, может осуществляться различными способами, одним из которых является металлотермическое восстановление. Ранее проведенный термоди- намический анализ показал, что процесс восстановления металлов возможен за счет алюминия, кремния и магния. Например титан и кремний можно вос- становить из оксидной фазы только за счет алюминия и магния. Важным по- казателем такого процесса является термичность. Расчеты показали, что высо- кой термичностью обладают восстановительные смеси на основе оксида мо- либдена, меди, никеля. Для смесей на основе оксида титана и кремния из-за низкой термичности требуется предварительный подогрев. Поэтому при получении силицидов данных металлов потребуется разработка дополнительных мероприятий, по- зволяющих инициировать восстановительную плавку, обеспечивающую ста- бильность процесса и получение качественной отливки катодов. В таблице 1 представлены результаты расчета термичности некоторых восстановительных смесей для получения силицидов Таблица 1 – Результаты расчета термичности восстановительных смесей для получения силицидов № Количество оксидов в составе восстановительной смеси, % Термичность, Дж/г Необходимость подогрева CuO, SiO2 TiO2 1 43 14 43 2695 без подогрева 2 50 20 30 2911 без подогрева 3 40 20 40 2653 без подогрева 4 - 14 86 1584 требуется подогрев 5 70 30 - 3492 без подогрева 6 - 50 50 1821 требуется подогрев Установлено, что для смесей в состав которых входит оксиды меди, общая их термичность находится в пределах от 3492-2563 Дж/г, что не требует пред- варительного ее подогрева при восстановительной плавке. Что касается сме- сей, в состав которых входят оксиды титана и кремния, то значение термично- сти составляют от 1584-1821 Дж/г. И для инициирования восстановительного процесса необходим предварительный подогрев смеси. Экспериментальные плавки, выполненные в лабораторных условиях под- твердили расчетные данные. 322 УДК 621.74.043.2 Газосодержание и пористость отливок при литье под давлением Михальцов А.М., Прибыш А.Н. *Пивоварчик А.А. Белорусский национальный технический университет *Гродненский государственный университет Повышенные газосодержание и пористость отливок, получаемых лить- ем под давлением, существенно снижают достоинства этого высокопроиз- водительного процесса литья. Одним из способов снижения указанных недостатков является подпрессовка—представляющая собой повышение давления на затвердевающий металл в момент окончания заполнения фор- мы. Влияние указанного технологического приема на качество отливок зависит от целого ряда факторов: скорости срабатывания и усилия под- прессовки, толщины питателя и отливки, температуры расплава и формы. Следует отметить, что процессы, протекающие в этот момент в затверде- вающем металле, изучены недостаточно. В некоторых публикациях отме- чается, что наблюдаемое снижение пористости при воздействии подпрес- совки обусловлено механическим сжатием газовоздушных включений и компенсацией возникающих усадочных явлений. Вместе с тем ряд авторов указывает на возможность снижения пористости за счет удержания неко- торых газов (например, водорода) в твердом растворе в момент затверде- вания. Отмечается также возможность взаимодействия расплава металла с газами, в частности, с кислородом с образованием твердых оксидов, в мо- мент заполнения полости формы. Вместе с тем определенный интерес представляют также процессы взаимодействия затвердевающего металла с захваченными им газами в момент заполнения камеры прессования и полости формы. Речь здесь может идти преимущественно о азоте, так как большая часть кислорода к этому моменту уже расходуется на образова- ние оксида. Высокие температура и усилие подпрессовки создают благо- приятные условия для более полного взаимодействия алюминия с газами с образованием не только оксидов но и нитридов. Выполненные расчеты показывают, что температура внутри газовых включений в момент под- прессовки может достигать значений 2000-2500 °С. В этом случае процес- сы оксидо- и нитридообразования могут протекать очень быстро, практи- чески мгновенно. Указанное позволило предположить, что при определен- ных условиях(температура металла, усилие и момент срабатывания под- прессовки) возможно более полное снижение газосодержания и пористо- сти отливок при литье под давлением. Выполненные предварительные исследования, в определенной мере , подтверждают высказанные предпо- ложения. 323 УДК 621.74 Оптимизация составов керамической смеси для изготовления литейных форм при производстве литой штамповой оснастки Андриц А.А., *Уваров Б.И., *Лущик П.Е., Довнар Г.В., Долгий Л.П. Белорусский национальный технический университет *УП «Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» Литейное и кузнечно-штамповое производства – основа машиностроения и от разработки и внедрения инновационных технологий и материалов в этих областях зависит эффективность и конкурентоспособность машинострои- тельных отраслей. Научно-технический прогресс предъявляет повышенные требования к физико-механическим и служебным свойствам отливок, что за- ставляет литейщиков обращаться к фундаментальным и смежным техниче- ским наукам и разрабатывать инновационные материалы и методы производ- ства. Значительное повышение эффективности и надежности литой штампо- вой оснастки может быть достигнуто получением в литье штампов достаточ- ной размерной точности с хорошим качеством литой поверхности, обеспечив при этом необходимые эксплуатационные характеристики металла отливки. Авторами данной работы была разработана и в настоящее время проходит производственные испытания инновационная технология точного литья на основе золь–гель технология превращения жидкого золя связующего в твер- дый гель при определенных условиях и катализаторах процесса. В мире из- вестны близкие литейные технологии под названиями Shaw-процесс, Din- процесс, и Unicast-процесс, но разработанная технология значительно проще и дешевле в осуществлении. Оригинальные ноу-хау (комплекс устройств, тех- нологических секретов и методов работы) позволяют изготавливать уникаль- ные сложные и точные отливки с минимумом механообработки из любых литейных сплавов практически без ограничения по размерам и развесу литья (от нескольких граммов до сотен килограммов), в том числе тонкостенное корпусное литье и отливки со сложными внутренними полостями. Проведенная в данной работе оптимизация состава керамической смеси для изготовления литейных форм, по новой технологии позволит значительно снизить себестоимость изнашиваемой технологической оснастки по сравне- нию с механообработкой из проката, сократить цикл производства. Изготов- ление штамповой оснастки по предложенной технологии позволит повысить коэффициент использования металла, в несколько раз снизить трудоемкость изготовления, сэкономить электроэнергию, транспортные расходы, техноло- гические материалы и самое важное – многократно переплавлять отработан- ную оснастку. 324 УДК 621.74 Исследование технологических параметров литья колес нефтяных насосов на основе имитационного моделирования технологических процессов Андриц А.А., *Уваров Б.И., *Лущик П.Е., Долгий Л.П. Белорусский национальный технический университет *УП «Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» Целью работы является оптимизация технологических и конструкционных параметров процесса изготовления износостойких элементов нефтяных цен- тробежных насосов. Нефтяные насосы относятся к группе центробежных насосов, работающих под давлением, элементы которых подвергаются механическому или коррозионно-эрозионному износу, вследствие чего теряется их работо- способность. Наиболее сложными, дорогостоящими в изготовлении и тре- бующими особого внимания являются рабочие колеса (импеллеры) центро- бежного насоса, имеющие изогнутые лопатки с изменяющимся наклоном и профилем сечения. На предприятиях Республики Беларусь в настоящее время рабочие колеса нефтяных насосов закупаются за рубежом либо производятся путем механи- ческой обработки двух половин с последующей сваркой. Поскольку высота лопатки на выходе составляет всего 8мм, изготовление такой отливки точным литьем по выплавляемым моделям затруднено из-за того, что тонкий протя- женный канал между лопатками не просыпается песком, при этом, остаются пустоты, которые лопаются при удалении восковой модели из керамической оболочки. Восковая модель паяется из нескольких частей, что приводит к по- явлению смещения и биения. К тому же пресс-формы для изготовления вос- ковых моделей имеют высокую стоимость. В результате исследования различных типов (ступеней) колес нефтяных центробежных насосов с использованием имитационного моделирования тех- нологических процессов были установлены зависимости образования усадоч- ных дефектов от конструкции литниково-питающей системы, типа сплава, состава формы и технологических параметров литья (температура металла, температура предварительного разогрева формы и др.). Разработаны рекомен- дации по эффективному управлению процессом для устранения основных видов брака – недоливы, усадочные раковины и пористость, горячие трещи- ны. В результате проведенной работы разработаны рекомендации по изготов- лению технологической оснастки для получения нефтяных колес из среднеуг- леродистой и легированной стали в разовые (керамические и ХТС) формы. 325 УДК 621.74, 620.179.1.05–2 Интеллектуальные методы контроля металлургических процессов получения литейных сплавов Рафальский И.В. Белорусский национальный технический университет Одним из элементов совершенствования систем автоматизации кон- троля и управления металлургических процессов является применение интеллектуальных информационных систем и технологий (ИИСТ). Благо- даря достигнутым успехам в области разработки программно-аппаратных средств измерений возможности автоматизированных комплексов, связан- ных со сбором информации, ее обработкой и хранением, значительно воз- росли. Следующим важным шагом в развитии автоматизированных систем контроля и управления металлургическими процессами является исполь- зование методов и средств интеллектуальной обработки данных, про- граммная реализация ИИСТ и их адаптация к условиям производства. На основе нейро-нечеткой модели идентификации выполнена разра- ботка тестовой адаптивной информационной системы для неразрушающе- го контроля и принятия решений с использованием методов, применяемых при мониторинге за состоянием технологического процесса приготовления сплава в плавильной печи и получения из него литых изделий – термиче- ского и акустического анализов технологических проб, результаты кото- рых использовались в качестве входных параметров модели идентифика- ции. Использование указанных методов анализа обеспечивает возмож- ность проведения мониторинга за состоянием процессов получения литых изделий с соблюдением требований активного неразрушающего контроля, оперативность принятия управленческих решений в процессе производст- ва. Хранение информационных массивов организовано с использованием информационного ресурса – банка данных свойств (параметров) образцов литейных сплавов и литых изделий, управление которым организовано в режиме удаленного доступа. Алгоритмы обработки данных термического анализа и их программная реализация обеспечивают возможность выполнять автоматический расчет параметров двухфазной зоны в интервале кристаллизации различных сплавов, широко используемых в промышленности при производстве ли- тых изделий. Учет таких данных крайне важен для получения адекватных компьютерных моделей процессов формирования литых изделий с исполь- зованием численных методов расчета. 326 УДК 669.715 Ресурсосберегающий синтез сплавов на основе алюминия с использованием дисперсных неметаллических материалов Рафальский И.В. Белорусский национальный технический университет Реализация металлургических способов получения сплавов на основе алюминия с использованием дисперсных неметаллических материалов возможна при условии достаточной адгезии и смачивании частиц неметал- лической фазы расплавом, в противном случае требуются специальные методы и технологии обработки материалов. Однако большинство дис- персных неметаллических материалов, используемых в качестве наполни- теля, при обычных условиях не смачиваются расплавами алюминия и его сплавов, что существенно затрудняет ресурсосберегающий синтез дис- персно-упрочненных алюминиевых сплавов. Решение этой задачи для систем Al–SiС, Al–Al2O3, Al–SiO2 получено путем получения алюмоматричных композиций (АМК) в результате сме- шивания дисперсных неметаллических материалов с алюминием в жидко- твердофазном состоянии расплава. Установлено, что структура полученных дисперсно-упрочненных спла- вов определяется не только исходным составом композиций, но также особенностями их температурно-временной обработки. При температур- ной обработке в диапазоне температур 750–850 ºС алюминий интенсивно взаимодействует с оксидом кремния в композициях на основе алюминия и кремнезема, а при температурах 850–900 ºС – с карбидом кремния в ком- позициях, полученных с использованием алюминиевых сплавов с повы- шенным содержанием магния. Магний оказывает положительное влияние на процесс совмещения дисперсных неметаллических материалов с алюминием в гетерофазном состоянии расплава: с его увеличением максимальное количество вводи- мого в АМК дисперсных неметаллических материалов может быть увели- чено на 15–20 %. При этом магний, содержащийся в алюминиевом сплаве, активно взаимодействует с кремнеземом с образованием оксида магния. Это обеспечивает возможность использовать низкосортные лом и отходы алюминиевых сплавов с повышенным содержанием магния для получения дисперсно-упрочненных сплавов на основе алюминия из АМК. 327 УДК 669.046 Подготовка стальной и чугунной стружки к переплаву Лукашенок К.А. Довнар Г.В. Белорусский национальный технический университет Современное литейное производство совершенствует процесс выплавки пу- тем выпуска новых плавильных печей, а качество продукции – путем внепечной обработки. По сути своей печи становятся агрегатами, главной функцией кото- рых является переплав качественной (кусковой) шихты. В то время как передо- вая мысль все больше обращается к дисперсным отходам плавильных печей и металлообработки. Главная цель: вовлечь их в повторный оборот литейного производства в первую очередь – в качестве шихты. Накопление дисперсных отходов происходит, потому что литейное произ- водство, в силу ряда объективных причин, не в состоянии создать 100% готовых изделий, не нуждающихся в обработке. Так образуются значительные объемы присада, окалины, стружки. Наиболее пригодной для повторного использования в условиях РБ является стружка. Этот вид отходов привлекает своей высокой металлической состав- ляющей и дешевизной, но в то же время ставит ряд задач, которые нужно ре- шить для достижения высокого результата. Чтобы пройти путь от дисперсных отходов до качественной шихты стружка должна приобрести ряд качеств: отсутствие влаги на основе масел и жиров; имеет низкую степень окислености (в виду отсутствия восстановительного пе- риода при электропроцессе); повышение степени тепло- и электропроводности. Это значит, что дисперсные отходы должны соответствовать требованиям кускового лома или приближаться к ним. Эти условия труднодостижимы без дополнительных затрат, что, в свою очередь, увеличивает стоимость стружки- шихты. В таких условиях необходимо создание эффективной технологии для подго- товки шихты из стальной и чугунной стружки. На этапе подготовки к переплаву предстоит: 1) классифицировать виды стружки в зависимости от способа получения; 2) охарактеризовать существующие способы снижения засоренности; 3) рассмотреть технологии измельчения и разделения фракции; 4) проанализировать существующие схемы брикетирования. В современных печах, лишенных доменного процесса, наблюдается значи- тельный угар стружки. Сможет ли этап подготовки к переплаву решить и этот вопрос. 328 УДК 669.054.82 О возможности использования шлаков АКП при электродуговой плавке Румянцева Г.А., Бежок А.П., Джураев Т.Х., Семенец И.Б. Белорусский национальный технический университет В современном сталеплавильном производстве для повышения физико- механических свойств выплавляемых сталей широко используются шлаки двух основных типов - печные и рафинировочные (шлаки АКП). Печные шлаки содержат, масс. %: 15,0-31,0 CaO; 6,4-19,2 SiO2; 2,5-8,0 Al2O3; 19,7- 53,2 FeO; 4,2-10,1 MgO; 4,3-8,8 MnO; 0,14-0,47 P2O5; 0,05-0,27 S. Отличи- тельной особенностью рафинировочных шлаков является более высокая их основность при повышенном содержании Al2O3 и низкой концентрации оксидов фосфора. Особенность этих шлаков заключается в том, что при охлаждении они распадаются в мелкозернистый порошок. Продолжительность распада из- меняется от нескольких часов до нескольких суток. Продукты распада от- носятся к экотоксичным материалам. Они легко аэрируются, распростра- няются на большие территории, растворяются в осадочных и грунтовых водах. Переработка таких шлаков на дробильно-сортировальных установ- ках вызывает значительное пылеобразование. Причина распада рафинировочных шлаков связана с их известковоси- ликатным составом, при охлаждении которого в различной последова- тельности кристаллизуются трех- и двухкальциевые силикаты и их твер- дые растворы. Трекхкальциевый силикат неустойчив и распадается на ок- сид кальция и двухкальциевый силикат, который претерпевает структур- ные превращения в кристаллической решетке с увеличением ее объема на 11-12 % и вызывает распад шлака. Известно несколько вариантов стабилизации рафинировочных шлаков, которые препятствуют их распаду. Наиболее перспективными является термическая стабилизация, заключающаяся в быстром охлаждении шлака из расплавленного состояния в агрегатах с шаровой насадкой. При вращении емкости расплавленный шлак, проникая в межшаровое пространство, оказывается окруженным со всех сторон металлом, быстро отдает ему тепло, переходит в пиропластичное состояние, а затем в твер- дом состоянии удаляется из емкости через колосники. В результате быстрого охлаждения реализуется физическая стабилиза- ция рафинировочного шлака с получением устойчивой структуры. В оку- скованном виде он может быть использован в качестве флюсующей добав- ки в электродуговых печах во время окислительного периода. 329 УДК 621.74 Влияние технологии ввода стронция на эффективность модифицирования силуминов Бежок А.П., Лысаковский Г.А., Прусова И.В., Красовский А.Л. Белорусский национальный технический университет Модифицирование силуминов является неотъемлемой частью техноло- гического процесса при производстве отливок литьем в кокиль или разо- вые формы. Натрийсодержащие флюсы не всегда обеспечивают требуемый уровень механических свойств по причине кратковременного модифицирующего эффекта. Поэтому особый интерес представляют модификаторы длитель- ного действия, к числу которых относится стронций. Данный модификатор вводится в расплав преимущественного в виде лигатур и хорошо зареко- мендовал себя в цветнолитейном производстве промышленно развитых стран. Отставание стран СНГ и Республики Беларусь во внедрении данного модификатора связано в основном с несовершенством стронцийсодержа- щих лигатур, с недостаточной изученностью закономерностей их раство- рения и накопления стронция в расплаве, противоречивой информацией о влиянии стронция на технологические свойства силуминов. Успешное использование стронция для модифицирования силуминов во многом зависит от качества стронциевых лигатур. Установлено, что для 10% лигатуры Al-Sr температура ликвидус приближается к 950°С. Следо- вательно, при прочих равных условиях лучшим усвоением будет обладать лигатура Al - 10% Sr. Время ее усвоения при постоянной технологии мо- дифицирования будет определяться размерами алюминидов стронция, ко- торые зависят от скорости охлаждения лигатуры. Поэтому необходимо добиваться в лигатурах минимально возможных размеров алюминидов стронция. Это обеспечит быстрое их растворение с образованием атомар- ного стронция, который будет равномерно распределяться по всему объе- му расплава, блокируя рост эвтектического кремния. В случае охлаждения лигатуры Al - 10% Sr со скоростью ~ 103 °С/с при прокатке из жидкого состояния стронций находился в лигатуре преимущественно в виде пере- сыщенного твердого раствора стронция в алюминии и тонкодисперсных включений SrAl4, имеющих размер порядка 5 мкм. Модифицирование та- кой лигатурой в количестве 0,3-0,4 от массы расплава обеспечило получе- ние стабильных механических свойств отливок из сплава АК9 при сохра- нении их высокой плотности. 330 УДК 542.65 Математическая модель кристаллизации Al(OH)3 из раствора алюмината натрия без внешнего воздействия Комарова Т.Д. Белорусский национальный технический университет С целью предупреждения пригара при производстве отливок из стали сухие литейные формы и стержни окрашиваются специальными противо- пригарными красками. Одним из способов повышения конкурентоспособ- ности противопригарных красок, содержащих дисперсные частицы Al2O3, является снижение их стоимости за счет использования более дешёвого оксида алюминия, полученного из отходов производства. При их перера- ботке после фильтрации образуется раствор NaAlO2 из которого осаждает- ся Al(OH)3, а его дальнейшая прокалка позволяет получать дисперсные частицы Al2O3. В соответствии с диффузионной теорией снижение пересыщения будет пропорционально изменению массы твердого вещества. Скорость зарож- дения и скорость роста кристаллов являются переменными величинами, зависящими от пересыщения, которое, в свою очередь, изменяется в соот- ветствии с количеством выделившегося из раствора Al(OH)3. Масса веще- ства, образовавшегося в единичном объёме раствора, определяется зави- симостью, где масса одного кристалла к моменту этого времени зависит от снижения пересыщения в объёме. Если предположить, что вязкость нахо- дится в прямой зависимости от пересыщения, то можно установить зави- симость скорости диффузии от пересыщения. Расчёты показывают, что по мере увеличения размера частиц затравки отмечается рост и конечного размера частиц после завершения процесса кристаллизации , так как общий размер кристаллов складывается из разме- ров частиц затравки и приращения к нему вещества из раствора. Получен- ная зависимость размера частиц Al(OH)3 от числа готовых центров кри- сталлизации и скорости образования новых не противоречит эксперимен- тально полученным данным по измельчению выпадающих частиц от числа вводимых затравок при неизменном объёме затравок. Не существенное влияние спонтанного зарождения центров кристалли- зации Al(OH)3 из пересыщенного раствора свидетельствует о том, что до- минирующее влияние на процесс кристаллизации оказывает число гото- вых центров, вносимых затравкой, что согласуется с практикой производ- ства Al(OH)3, когда в виде затравок вводится до 60% Al(OH)3 от его коли- чества выпадающего из раствора. 331 УДК 542.65 Математическая модель кристаллизации Al(OH)3 при механическом перемешивании раствора алюмината натрия Комарова Т.Д. Белорусский национальный технический университет В БНТУ разработана технология комплексной переработки отработан- ных катализаторов нефтехимического производства, содержащих менее 20% NiO , с получением концентрата NiO и раствора алюмината натрия. При правильном выборе соотношения Al2O3 : NaOH : H2O образуется рас- твор, близкий к насыщенному. При интенсивном перемешивании раствора процесс роста кристалла будет лимитироваться не диффузией Al(OH)3 к кристаллу, а кинетическими параметрами осаждения частиц из раствора на поверхность кристалла. По мере роста кристалла пересыщение убывает, оставаясь равномерным по объёму. В пересыщенном растворе возможно появление новых центров кристаллизации, как спонтанное, так и на под- ложках, образовавшихся в результате отрыва от кристалла частиц твердого вещества Al(OH)3. На основании проведенных экспериментов по кристаллизации Al(OH)3 при механическом перемешивании раствора алюмината натрия предложе- на математическая модель кристаллизации Al(OH)3. Она базируется на физической модели и показывает зависимость между параметрами, харак- теризующими процесс роста кристаллов из раствора. Это позволяет рас- считать конечное значение размеров кристаллов и установить взаимосвязь параметров, влияющих на процесс роста кристаллов. Для установления взаимосвязи изменения пересыщения по объёму раствора варьировали время перемешивания, количество вводимой затравки, массу вещества, образовавшегося в единичном объёме, характеристики скорости нараста- ния из раствора массы вещества на готовых центрах кристаллизации. Расчеты показали, что основным параметром, влияющим на размер частиц, является не процесс зарождения кристаллов, а их рост на готовых центрах кристаллизации (затравки). При фиксированном значении разме- ров затравки рост числа готовых центров приводит к измельчению частиц затравки, а так как конечные размеры определяются размерами частиц затравки плюс выделившееся из раствора вещество, то полученная зави- симость уменьшения конечных размеров хорошо согласуется с физиче- ской картиной кристаллизацией из раствора. 332 УДК 669.187.2 Влияние технологии раскисления стали на её загрязнённость неметаллическими включениями Неменёнок Б.М., Никитюк П.А., Самута С.В. Белорусский национальный технический университет Современные технологические процессы выплавки стали не позволяют получать расплавы чистые по неметаллическим включениям. Часть неме- таллических включений попадает в металл из шихтовых материалов, фу- теровки плавильных агрегатов и разливочных ковшей, а также образуется в результате химического взаимодействия компонентов расплава со шла- ками, печной атмосферой и в процессе кристаллизации расплава. Наи- большее количество неметаллических включений связано с присутствием в расплаве серы и кислорода. Для их вывода из металла проводятся опера- ции по десульфурации и раскислению стали за счет ввода элементов с большим сродством к кислороду и сере чем у железа. Учитывая высокую химическую активность вводимых добавок нельзя исключать и возможность протекания побочных процессов, которые могут способствовать или препятствовать выполнению присадками их прямого назначения. Для раскисления стали, т.е. удаления из расплава растворенного кисло- рода, широко используются добавки алюминия или его сплавов. Поэтому в настоящей работе ставилась задачи по изучению вероятности протекания других процессов, кроме взаимодействия алюминия с кислородом. Следу- ет учитывать, что все процессы ковшевой металлургии протекают не изо- лированно один от другого, не разобщенно, а совместно и, чаще всего, одновременно, то есть они совмещены, как в пространстве, так и во времени. Ответ на данный вопрос можно получить из температурной зависимо- сти изобарно-изотермических потенциалов реакций взаимодействия алю- миния с основными примесями, содержащимися в сталях. Расчёты показа- ли, что термодинамически возможны реакции взаимодействия алюминия с кислородом и серой при температурах выплавки стали. Реакция образова- ния сульфида алюминия протекает так же с большой вероятностью, хотя константа её равновесия на несколько порядков ниже, чем у реакции обра- зования Al2O3. Проведенные расчёты позволили объяснить факт снижения содержания серы и загрязнённости стали неметаллическими включениями при её об- работке раскислительными смесями, полученными на основе алюминие- вых шлаков. 333 УДК 621.745.35 Анализ энергопотребления при плавке стали в дуговых и индукционных печах Неменёнок Б.М., Румянцева Г.А., Глушанкова Л.Я., Литвинов М.О. Белорусский национальный технический университет В структуре себестоимости получаемых расплавов стали затраты на энергоносители и шихтовые материалы являются наиболее значимыми. Поэтому любые мероприятия, направленные на снижение энергопотребле- ния, являются одним из факторов повышения конкурентоспособности продукции. Наиболее эффективно расходуется тепловая энергия при плавке в электрических индукционных тигельных печах средней частоты (72,4%) и дуговых печах постоянного тока (66,4%). При плавке стали в литейных цехах на предприятиях чаще всего используются дуговые печи переменного тока, позволяющие выплавлять широкую гамму сплавов с высокими показателями качества. Однако дуговые плавильные печи пе- ременного тока наносят большой ущерб окружающей среде, а строитель- ство мощных устройств пыле- и газоочистки для защиты воздушного бас- сейна требует значительных капиталовложений. К недостаткам данных печей следует также отнести сравнительно вы- сокий уровень удельного расхода электроэнергии, графитированных элек- тродов, угар шихтовых материалов и ферросплавов (3,5-6,0%), а также высокий уровень шума (до 103-105 дБ). Существенное влияние на расход электроэнергии оказывает качество шихтовых материалов. Так увеличение зашлакованности металлошихты на 1% снижает выход жидкой стали на 0,95%. При этом расход электроэнер- гии и продолжительность плавки возрастают, а производительность печи уменьшается. За последние 10-15 лет насыпная плотность металлошихты снизилась с 1 до 0,4-0,6 т/м3. Одновременно с этим изменились её теплофизические свойства. Например, теплопроводность отдельных кусков лома составляет 29-70 Вт/(м∙К), а легковесной шихты только 0,87-2,3 Вт/(м∙К). Это может быть одним из главных показателей, влияющих на теплопередачу в столбе металлозавалки , а следовательно , и на время расплавления лома. Поэтому для оценки энергопотребления при плавке стали помимо типа печи необходимо учитывать качество шихтовых материалов, марку стали, способ выплавки и энергоёмкость очистных сооружений. 334 УДК 669.046.587 Влияние магнезиальных шлаков на стойкость футеровки сталеразливочных ковшей Трибушевский Л.В., Прусова И.В., Горбель И.А. Белорусский национальный технический университет Повышение требований к качеству металлопродукции приводит к ус- ложнению внепечной обработки стали и более продолжительному ее на- хождению в сталеразливочном ковше, что влияет на износ огнеупорной футеровки. Считается, что основной причиной ее разрушения является химическое взаимодействие со шлаком. Процесс химического растворения периклазоуглеродистых огнеупоров в шлаковом расплаве зависит от тем- пературы и химического состава шлака. Так при прочих равных условиях степень растворения огнеупора в шлаке тем меньше , чем больше концен- трация MgO в нем приближена к равновесной. Корректировать состав шлака, приближая концентрацию MgO в нем к равновесной, можно путем использования магнийсодержащих материалов. При этом чем больше кон- центрация MgO в шлаках приближена к равновесной, тем меньше скорость растворения периклазоуглеродистых огнеупоров в шлаке. Теоретическим подтверждением этому служит положение химической термодинамики об отсутствии взаимодействия на поверхности раздела двух фаз в случае ра- венства концентрации диффундирующего компонента и концентрации насыщения. Расчеты показывают, что для этих целей возможно эффективное при- менение даже магнезиальных «инертных» порошков с низким значением константы перехода MgO в шлак при растворении в нем флюса, но при условии обеспечения высокой площади контакта флюса со шлаковым рас- плавом. В этом случае следует решить задачу по технологии подачи тон- кодисперсного порошка в тепловой агрегат. Для этих целей может быть использовано гранулирование, брикетирование и другие виды компакти- рования. Эксперименты показывают, что содержание MgO в покровном ковшовом шлаке на уровне 9-10% обеспечивается присадкой флюса в ко- личестве около 300 кг на плавку массой 100-115 т. Одновременно отмеча- ется и некоторое увеличение степени десульфурации металла в ковше, что можно объяснить повышением активности CaO в шлаке за счет связыва- ния части оксидов кремния в силикаты магния. Использование магнези- альных шлаков в процессе внепечной обработки обеспечивает защиту футеровки сталеразливочного ковша в районе шлакового пояса, что спо- собствует значительному повышению их срока службы. 335 УДК 612.745.56 Совершенствование препарата для легирования алюминиевых сплавов марганцем Задруцкий С.П., *Зенько П.В., **Наливайко О.Г., ***Фатеев А.В. Белорусский национальный технический университет * ООО «ПолитегМет» ** ОАО «Белцветмет» *** УП «Цветмет» Доведение химического состава расплавов на основе алюминия до тре- буемого является стандартной процедурой во вторичной металлургии. Марганецсодержащие материалы для легирования алюминиевых сплавов достаточно распространены и являются типовыми. Основной сложностью при доводке химического состава по марганцу является медленное усвое- ние последнего. В индукционных печах при наличие интенсивного пере- мешивания этот недостаток не является серьезной помехой. Однако при невозможности обеспечения перемешивания ванны, требуется длительная изотермическая выдержка расплава для полного усвоения введенного мар- ганца. Длительность изотермической выдержки можно уменьшить за счет диспергирования марганцевого порошка и специальной подготовки леги- рующего препарата, заключающейся в нанесении на каждую дисперсную частичку марганца тонкого слоя специального флюса, разрушающего ок- сидные включения, препятствующие растворению частичек марганца. Нанесение указанного флюса на частички порошка марганца требуемой дисперсности осуществляется в катковых бегунах с использованием свя- зующих. Дальнейшее изготовление легирующего препарата предусматри- вает его таблетирование для удобства использования и вакуумную упаков- ку. Усвоение марганца из такого препарата достигает 98…99%. Указанный легирующий марганецсодержащий препарат прошел апро- бацию на ряде промышленных предприятий Республики Беларусь, России, Украины. 336 УДК 612.745.56 Новый материал для минимизации содержания металла в скачиваемом шлаке при плавке сплавов медной группы Задруцкий С.П., *Зенько П.В., **Наливайко О.Г., ***Фатеев А.В. Белорусский национальный технический университет * ООО «ПолитегМет» ** ОАО «Белцветмет» *** УП «Цветмет» Минимизация потерь металла со шлаком всегда являлась актуальной и важной задачей. В Республике Беларусь эта тема с учетом отсутствия при- родных сырьевых ресурсов приобретает особое значение. В лабораторных условиях были проведены работы по изучению влия- ния смеси карбонатов кальция и стронция на содержание металлической составляющей в скачиваемой шлаковой фазе при плавке сплавов медной группы. После обработки металла карбонатными смесями в количестве 0,01…1,0% от массы металлозавалки, на зеркале расплава образовывался сухой, рассыпчатый шлак. Карбонатные смеси наносились на зеркало рас- плава с последующим интенсивным замешиванием и при помощи погруж- ного колокольчика. Температура обработки сплавов соответствовала тем- пературам плавки в реальных производственных условиях. Содержание металлической составляющей в скачиваемом шлаке не превышало 5%. Полученные лабораторные результаты были подтверждены в промыш- ленных условиях на ОАО «НЗГА». Таким образом, определено, что обработка расплавов медной группы карбонатными смесями СаСО3+SrСО3 обеспечивает получение сухого, рассыпчатого шлака с низким содержанием металлической составляющей. Возможность широкого промышленного применения кальций- стронциевой карбонатной смеси для обработки сплавов медной группы требует дальнейшего изучения. 337 УДК 621.74 Принципы конструирования пресс-форм для литья под давлением Скворцов В.А., Базылев Н.В. Белорусский национальный технический университет Конструкции форм для литья под давлением в зависимости от выбора литейной машины, конфигурации отливки, необходимой производитель- ности и т.п. очень разнообразны. Узлы, детали и механизмы форм в зави- симости от их назначения можно разделить на три основные группы. Формообразующие детали – это детали, которые оформляют наруж- ные и внутренние поверхности отливок и непосредственно соприкасаются с жидким металлом. К ним относятся: вкладыши, вставки, литниковые втулки и рассекатели, стержни, выталкиватели и некоторые другие. Конструктивные детали несут на себе формообразующие детали, осуществляют раскрытие и закрытие формы, обеспечивают точное взаим- ное расположение и направление всех ее рабочих деталей, крепление фор- мы к машине. К конструктивным деталям относятся: плиты: матриц, под- кладные, выталкивателей, оснований, брусы, направляющие колонки и втулки, упоры, фиксаторы, центрирующие штифты, втулки и штыри, а также крепежные детали. Конструктивные детали должны быть прочными, не деформироваться при передаче им усилия рабочими органами машины, обеспечивать в процессе эксплуатации формы точное расположение дви- жущихся частей, а также возможность удобного закрепления формы на столах машины. Механизмы формы. В соответствии с назначением и характером рабо- ты механизмы пресс-формы подразделяются на механизмы выталкивания отливок, стержнеизвлекающие механизмы, запирающие механизмы, кото- рые могут иметь отдельный привод или кинематически связаны с движе- нием подвижной части пресс-формы. Механизмы пресс-форм должны обеспечивать нормальную работу всех движущихся частей в условиях по- вышенных температур без перекосов и заклиниваний. Такое большое количество взаимосвязанных деталей требует разработ- ки специальных подходов к процессу конструирования пресс-форм. 338 УДК 621.74 Уточненный расчет литниковых систем Скворцов В.А., Тонкович А.А. Белорусский национальный технический университет Литниково-питающие системы (ЛПС) служат для обеспечения запол- нения литейных форм металлом с оптимальной скоростью, исключающей образование в отливке недоливов и неметаллических включений, и ком- пенсирующей объемную усадку в период затвердевания отливки с получе- нием в ней металла заданной плотности. К типовым литниковым системам относятся: горизонтальные, боковые, сифонные, верхние и дождевые. Для их расчета используют упрощенные методы, основанные на следующих допущениях; – расплав рассматривается как идеальная жидкость с постоянной вязко- стью, охлаждение расплава и нагрев формы при ее заполнении не учиты- ваются; – движение расплава рассматривается как установившееся движение тяжелой жидкости по закрытым и открытым каналам. Расчет ЛПС сводится к определению площади наименьшего сечения литниковой системы (стояка или питателя) с последующим определением (по соотношениям) площадей сечения остальных элементов системы. Для сужающихся литниковых систем площадь наименьшего сечения Fn находят по формуле (метод Озанна-Диттерта) gHp G Fn 2ρτµ = , где G – масса отливки с литниковой системой, кг; ρ – плотность заливае- мого расплава, кг/м3; τ – продолжительность заливки формы, с; μ – коэф- фициент расхода расплава, учитывающий потери на трение, повороты в литниковой системе; g – ускорение свободного падения, м/с2; Нр – расчет- ный статический напор, м. Недостатком данного метода расчета является то, что в формуле в чис- литель подставляется масса отливки с литниковой системой, которую мы только рассчитываем. Для определения массы отливки с литниковой системой на чертеж де- тали наносятся литейно-модельные указания. На основании литейно- модельных указаний определяются габаритные размеры моделей, разраба- тывается эскиз расположения моделей на подмодельной плите и конструк- ция литниковой системы, по которым определяются длины питателей и шлакоуловителей. 339 УДК 621.74 Результаты центробежно-ударной обработки отвальных формовочных смесей Одиночко В.Ф., Шишпор К.Д. Белорусский национальный технический университет В связи с широким использованием в литейных технологиях легко вы- биваемых стержней появляется избыточное количество оборотных формо- вочных песчано-глинистых смесей (ОФС). На кафедре «Машины и технология литейного производства» Белорус- ского национального технического университета совместно с Минским УП «НПО «Центр» была проведены исследования процесса центробежно- ударной обработки отвальных песчано-глинистых смесей РУП МТЗ. Цель обработки – регенерация формовочного песка из отвальных ОФС. Проба смеси в количестве 30 кг подвергалась обработке в течение 30-35 сек в лабораторной дробилке пятикратно. Расчетная скорость частиц смеси в момент удара составляла 75-80 м/с. После каждого опыта прово- дился анализ гранулометрического состава полученного продукта. Техно- логические испытания песчано-глинистых смесей, в состав которых для сравнения в качестве освежающей добавки добавляли свежий или регене- рированный песок проводили по стандартным методикам. Результаты анализов гранулометрического состава свидетельствуют о том, что после уже после первого опыта в продуктах переработки ОФС количество зерен основных фракций (0,1 – 0,315 мм) практически соответ- ствует их содержанию у свежего кварцевого песка. При этом после каждо- го опыта содержание пыли (частиц менее 0,1 мм) в продуктах переработки составляет до 7 % вследствие измельчения более крупных частиц. По результатам химического анализа установлено, что мелкая фракция (частицы с размерами до 0,1 мм) после первого опыта в основном состоит из частиц бентонитовой глины, молотого угля и незначительного количе- ства кварцевой пыли. Добавление в смесь 2-4% этой пылевидной фракции (отхода регенерации) существенно на технологические свойства песчано- глинистой смеси не повлияло, но позволило сэкономить до 0,3-0,5 % бен- тонита и до 0,2-0,3 % молотого угля. При этом прочность на сжатие нахо- дилась в пределах 1,05-1,21 МПа, текучесть 42-45 %, уплотняемость 37-41 %, газопроницаемость 85-104 ед. Результаты экспериментов также показали, что технологические свой- ства образцов смесей с освежающей добавкой (регенератом) в количестве до 10% вместо свежего песка практически не отличаются от свойств об- разцов с добавкой свежего песка при всех прочих других равных условиях. 340 УДК 621.746 Технологические особенности процесса полунепрерывного литья чугуна Крутилин А.Н., Куприянова Л.И. Белорусский национальный технический университет Анализ факторов, оказывающих влияние на стабильность процесса, по- казал, что основную роль в процессе формирования оказывают темпера- турные условия. На начальной стадии формирования корки, при непосредственном кон- такте жидкого металла и водоохлаждаемой стенки кристаллизатора, ин- тенсивность теплообмена между отливкой и кристаллизатором макси- мальная. Экспериментальные исследования показывают, что плотного контакта между поверхностью заготовки и стенками кристаллизатора не существует. При дальнейшем движении слитка в кристаллизаторе между корочкой и стенками кристаллизатора происходит образование газового зазора, воз- растает термическое сопротивление, интенсивность теплообмена падает. Характер изменения газового зазора оказывает влияние, как на темпера- турное поле по сечению заготовки, так и на развитие усадочных процес- сов, что ведет к образованию значительных напряжений и возникнове- нию деформации в затвердевающей отливке, которые увеличивают веро- ятность образования дефектов типа зависаний, искажения геометрии от- ливки и т.д. Перечисленные выше факторы не исчерпывают всего многообразия технологических особенностей процесса, оказывающих влияение на ста- бильность процесса литья. Необходимо проведение детального анализа по влиянию предусадочного расширения, полноты протекания процесса гра- фитизации в затвердевающей корке и других факторов. Прекращение про- цесса происходит в результате малоцикловой высокотемпературной уста- лости корки, наличие больших растягивающих напряжений возникающих под действием знакопеременных динамических нагрузок снижает устало- стную прочность затвердевающей корки и создает опасность нарушения стабильности процесса. 341 УДК 621.746 Термические напряжения в отливке при непрерывном литье чугуна Крутилин А.Н., Шикуров О.М. Белорусский национальный технический университет Для процесса формирования отливки при вертикальном полунепре- рывном литье чугуна характерны специфические условия кристаллизации. Знание закономерностей распределения температур, напряжений и дефор- маций в затвердевающей отливке является необходимым условием для выбора оптимальных технологических параметров процесса, а также ра- циональных путей улучшения качества отливки. Анализ расчетных данных показывает, что напряжения по толщине за- твердевающей корки изменяются от растягивающих на поверхности заго- товки, до сжимающих напряжений на внутренней поверхности. Напряже- ния достигают максимальных значений, когда температурный перепад по сечению имеет наибольшую величину. С ростом температуры заливаемого металла и скорости литья происхо- дит увеличение зоны, подверженной влиянию растягивающих напряжений суммарные растягивающие напряжения в поверхностных слоях заготовки возрастают. В отличие от поверхностного слоя, в котором действуют рас- тягивающие напряжения, при перемещении к центру наблюдается измене- ние знака напряжений. Определение оптимальных технологических параметров процесса не- прерывного литья основывается на знании величины напряжений, возни- кающих под действием металлостатического давления, термических на- пряжений, усилия вытягивания заготовки. Результаты расчета суммарных термических напряжений и напряжений от действия ферростатического напора в зоне максимального разогрева отливки показали, что в поверхностных слоях отливки развиваются растя- гивающие напряжения, которые наиболее опасны с точки зрения развития трещин. 342 УДК 621.745 Моделирование и расчет элементов конструкции ротационных наклоняющихся печей (РНП) Ровин С.Л., *Ровин Л.Е., *Мазуров В.С. Белорусский национальный технический университет *Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого РНП – новый тип плавильных печей, популярность которых стреми- тельно растет в литейном производстве и металлургии (рис. 1). Сегодня эти печи выходят на лидирующее место при производстве алюминиевых, цинковых, свинцовых, медных и других сплавов из стружки, мелкого скрапа, шлама, шлака и т.д. Среди используемых в настоящее время пла- вильных печей нет агрегатов, которые позволяли бы с большей эффектив- ностью переплавлять дисперсную шихту. РНП дает возможность активно- го проведения всех металлургических процессов: восстановления, окисле- ния, расплавления, перемеши- вания расплава, рафинирования, модифицирования и т.д. По- строение геометрии и расчет параметров рабочего простран- ства печи выполняется на осно- вании результатов мат. модели- рования движения газовых по- токов и тепломассообмена в процессе нагрева и расплавле- ния материала. Хорошую схо- димость с реальными процесса- ми обеспечивает применение программных комплексов Solid Works Flow Simulation и ANSYS CFX. Корпус печи рассчитывается на прочность и жесткость с учетом знакопеременных де- формаций и напряжений, продольных и попе- речных изгибающих моментов, тепловых рас- ширений и динамических нагрузок. Статические и динамические нагрузки на опорные ролики, осевой подшипник, стойку поворотной крышки моделируются и рассчи- тываются с помощью п.п.п. Solid Works Premium (рис. 2). . 1 – крышка; 2 – стойка крышки; 3 – корпус; 4 – поворотная рама; 5 – привод вращения; 6 – привод наклона; 7 – узел осевого подшипника; 8 – опорные ролики Рис. 1. Общий вид РНП а – об- щий вид стойки б – эпюра напряжений Рис. 2. Оптимизация кон- струкции стойки крышки. 343 УДК 621.74 Технология получения литых заготовок из высоколегированных сплавов Рудницкий Ф.И. Белорусский национальный технический университет Целью данной работы является отработка технологии получения литых заготовок из быстрорежущих сталей за счет улучшения структуры и по- вышения эксплуатационных свойств быстрорежущих сталей путем введе- ния в расплав наноструктурированного диборида титана. Титан эффектив- но повышает ударную вязкость литой стали. Бор повышает твердость, теп- лостойкость и устойчивость против истирания. Диборид титана в наноструктурированном виде вводили в печь с рас- плавленной сталью методом продувки его через футерованную фурму инертным газом (аргоном) после полного раскисления стали. Твердость литых образцов определяли после отжига, закалки и отпуска. Ударную вязкость и износостойкость изучали после полной термической обработки. В результате микроструктурного анализа исследуемых образцов, уста- новлено, что наномодифицирование измельчается первичное зерно, сетка ледебуритной эвтектики разрывается, эвтектика приобретает тонкое строение и располагается в виде изолированных колоний. Эвтектическая составляющая по морфологическому типу скелетообразная, что характер- но для борсодержащей быстрорежущей стали. Однако механизм разруше- ния экспериментальной стали близок к механизму разрушения стали, мо- дифицированной титаном – внутризеренный. Результаты анализа поверх- ностей разрушения экспериментальной стали, модифицированной наност- руктурированным диборидом титана показывают, что фасетки скола от- сутствуют, присутствующие на фрактограммах борсодержащей стали. На- против, в поверхностях разрушения наномодифицированной стали преоб- ладает ямочный микрорельеф, что свидетельствует о высокой энергоемко- сти такого механизма и повышенной ударной вязкости образцов. В результате проведенных исследований установлено, что наномоди- фицирование быстрорежущей стали сильными карбидообразующими эле- ментами (титаном, бором) в установленных количествах оказывает замет- ное влияние на морфлогию структуры литой быстрорежущей стали, при- водит к измельчению зерна (в 1,5-2 раза), раздроблению эвтектики, уменьшению количества неметаллических включений (в 1,5-2,5 раз). При этом повышается ударная вязкость в 1,2-1,3 раза, теплостойкость литой стали на 1-1,5 HRC и износостойкость в 1,5 раза. 344 УДК 621.74 Наномодифицирование цинковых антифрикционных сплавов Рудницкий Ф.И., Шапелевич И.А. Белорусский национальный технический университет Сплавы системы цинк-алюминий-медь - антифрикционные материалы, из которых наибольший интерес представляет сплав марки ЦАМ10-5, кото- рый во многих случаях способен заменить оловянистую бронзу, а иногда и свинцовооловяный баббит марки Б-16. При нагрузке на пару трения 50 кгс/см2 со смазкой коэффициент трения данного сплава в паре со сталью 45 (49–51 HRC) составляет 0,009, износ — 0,017 мг/(см2∙км). Коэффициент трения баббита Б-83 при тех же условиях 0,005. Результаты выполненного анализа в рамках настоящих исследований свидетельствуют о том, что при условии улучшения некоторых свойств, а также достижения эффекта самосмазывания, сплав на основе цинка может быть успешно использован в качестве заменителя бронз. При обосновании выбора сплава на основе цинка, проводили оптимиза- цию основных легирующих элементов сплава алюминия и меди с использо- ванием диаграмм состояния. Установлено, что в соответствии с диаграммой состояния цинк–алюминий в процессе кристаллизации жидкости при опре- деленной концентрации компонентов происходит эвтектическое и эвтекто- идное превращение. Это позволяет обеспечить такую структуру сплава на основе цинка, которая удовлетворяла бы принципу Шарпи — присутствию твердых структурных составляющих в мягкой основе. В этом случае разра- ботанный сплав может быть использован в качестве антифрикционного. При выполнении исследований в качестве модифицирующих добавок, оказывающих влияние на процесс структурообразования анифрикционного сплава системы цинк-алюминий-медь в наноструктурированном виде ис- пользованы нитрид бора и бемит. В результате анализа микроструктур об- разцов исследуемого сплава установлено, что вводимые нанодобавки карди- нально меняют дисперсность, характер, распределения, количественное со- отношение структурных составляющих. Так при введении в расплав значи- тельно увеличивается доля эвтектики, представляющей смесь двух твердых растворов. Особенно этот эффект проявляется при модифицировании нит- ридом бора и, в несколько меньшей степени, бемитом. В частности в струк- туре сплава обработанного нитридом бора фиксируется лишь небольшая доля (не более 10 %) первичных зерен α – твердого раствора, выстроенных в направлении осей дендритов. Модифицирующий эффект нанодобавок про- является как в инокулирующем, так и лимитирующем действии на кристал- лизующийся расплав. 345 УДК 621.746 Моделирование и системный анализ технологии изготовления отливок в металлических формах Николайчик Ю.А., Маркин Д.Н. Белорусский национальный технический университет В рамках настоящей работы выполнено моделирований и системный анализ технологии изготовления в металлических формах (кокилях) круп- ногабаритных отливок вкладышей тяжелонагруженных подшипников скольжения. Для моделирования и системного анализа при выполнении работы использован пакет ProCast. ProCast – это программа для компью- терного моделирования литейных процессов, основой моделирования яв- ляется метод конечных элементов, данный метод обеспечивает высокую точность описания геометрии отливки и формы. Применение ProCast на стадии проектирования геометрии отливки вкладыша подшипника сколь- жения и металлической формы позволил значительно упростить, ускорить, а также снизить затраты процесс освоения технологии получения отливок вкладышей подшипников скольжения. Применение ProCast позволило вы- полнить анализ многоциклового литья отливок вкладышей подшипников скольжения в кокиль: получены данные распределения теплового поля в металлической форме после нескольких циклов заливки/охлаждения ан- тифрикционного сплава, а также повышена точность моделирования веро- ятности образования усадочной пористости на последующих циклах. В ходе выполнения работы промоделированы несколько вариантов литниковых систем предназначенных для изготовления отливок тяжелона- груженных вкладышей подшипников скольжения. По полученным данным сделан вывод о рациональности той или иной системы подвода жидкого металла. Результаты моделирования представлены в виде корометражных фильмов с покадровым заполнением металлической формы. В результате анализа различных вариантов литниковой системы, подобрана наиболее оптимальная ее конструкция с точки зрения получения годной отливки. Кроме того результаты моделирования позволили оценить влияние литни- ковой системы, температуры заливаемого металла, химического состава сплава, скорости заливки на образование газовых дефектов в отливке. 346 УДК 621.74 Профилактика образования дефектов поверхности отливок за счет применения эффективных покрытий литейных форм Николайчик Ю.А. Белорусский национальный технический университет Повышение конкурентоспособности продукции машиностроительного комплекса Республики Беларусь невозможно без высокой эффективности литейного производства. В условиях жесткой рыночной экономики вопро- сы повышения качества литых изделий как никогда приобретают перво- степенное значение. Как известно формирование качества отливки скла- дывается на всех технологических этапах ее изготовления. Среди дефектов отливок одна из самых распространенных групп – дефекты поверхности, которые формируются в период взаимодействия формы и расплава. В тех- нологии литейного производства предупреждение таких дефектов осуще- ствляется с помощью нанесения на поверхность литейной формы специ- альных противопригарных покрытий. Следует отметить, что при совре- менном уровне литейного производства покрытия должны не только вы- полнять противопригарные функции, но и решать задачи профилактики всей группы дефектов поверхности, быть экологически безопасными и относительно недорогими. В рамках выполненной работы разработана широкая номенклатура эф- фективных противопригарных покрытий (таблица 1). Таблица 1 – Номенклатура разработанных покрытий Внешний вид № покрытия 1 2 3 4 5 6 7 Основной наполнитель Алюмо- силикаты Циркон Графит Компо- зитная смесь Магнезит Компо- зитная смесь Хромо- магнезит Назначе- ние Сталь + + - - + + + Чугун + + + + - - - Разработанные противопригарные краски и покрытия по основным технологическим свойствам не уступают лучшим зарубежным аналогам, а по ряду специальных характеристик превосходят их. При этом, стоимость новых красок в 2-2,5 раза ниже аналогов. 347 УДК 666.016.2 Автоклавное модифицирование наноматериалами жидкостекольного связующего материала Гуминский Ю.Ю., Сергиевич А.В. Белорусский национальный технический университет Будущее литейного производство заключается в высококачественных и экологически безопасных технологиях. Не для кого не секрет, что широко применяемые в настоящее время литейные смеси на основе смоляных (фу- рановых, фенолформальдегидных и т.д.) связующих материалах негативно оказывают влияние на экологию в цехе и за его пределами. Система венти- ляций и очистки рабочих мест является сложной и дорогостоящей. Так же стоимость захоронения отходов довольно высокая Перспективным, в сложившейся ситуации, выглядят смеси, связующим материалом которых является модифицированное жидкое стекло. Новые составы жидкостекольных связующих позволят получать не только литей- ные формовочные и стержневые смеси с высокими технологическими свой- ствами, но и улучшить экологические показатели. Жидкостекольное связующее в литейных цехах используется с 40-ых го- дов прошлого века, но до сих пор до конца не изучено, а следовательно по- тенциал его раскрыт не полностью. Поэтому проблемы основных недостат- ков жидкостекольного связующего материала до сих пор остаются не ре- шенными, а именно повышенное процентное содержание связующего в смеси и как следствие затрудненная выбивка. Именно эти недостатки явля- ются главными сдерживающими факторами широкого применения жидко- стекольного связующего в современном литейном производстве. В современном мире нанотехнологии быстро развиваются. Применение нанопорошков (30 - 100 нм) сделало возможным не только химически свя- зывать модификатор с жидкостекольным связующим, но встраивать его в саму структуру глобулы силикагеля. В первую очередь благодаря нанораз- меру модификатора и повышенной химической и поверхностной активно- стью нанопорашков. При этому температура и давление в автоклавах требу- ется значительно меньшие. Полученные таким образом модифицированные связующие материалы позволяют повысить прочность жидкостекольных смесей до 20-25% (возможность снизить содержание связующего в смеси до 4%), а работу, затрачиваемую на выбивку, сократить практически в 2 раза. В современном литейном производстве предъявляются повышенные требования к качеству форм и стержней, а так же требования к экологично- сти технологий. Наномодифицированные жидкостекольные связующие практически полностью соответствуют данным требованиям. 348 УДК 669.02.09 Перспективные экологические безопасные смеси для литейных форм и стержней Гуминский Ю.Ю., Одиночко В.Ф. Белорусский национальный технический университет Довольно острой проблемой является экология в литейных цехах. В на- стоящее время ситуация сильно обострилась. В первую очередь это связа- но с преимущественным применением различных смоляных связующих, таких как фенольные, фенолформальдегидные, фурановые и др. смолы. Поэтому следует искать пути уменьшения вредного воздействия данных связующих или искать экологически чистые связующие материалы, кото- рые впоследствии смогут занять место вредных и опасных смол. В роли экологически чистого заменителя смоляных связующих мате- риалов может выступать жидкое стекло. Этот связующий материал в про- шлом был довольно популярным, но и в настоящих дни является до конца не изученным, а следовательно его потенциальные возможности еще пол- ностью не раскрыты. Для конкурентоспособности жидкостекольных свя- зующих со смоляными, данный тип связующее следует избавить от сле- дующих недостатков: повышенное содержание связующего в составе сме- си и плохая выбиваемость стержней. Эти два недостатка косвенно между собой связаны, так как при уменьшенном содержании связующего в смеси будет затрачиваться и меньше работы, на выбивку стержней. Нами ведутся исследования в 2-ух направлениях, а именно автоклавное модифицирование наноматериалами самого жидкостекольного связующе- го и технологическая обработка вакуумом смесей на основе жидкого стек- ла в момент их отверждения (СО2-процесс). Конечным результатом этих направлений исследований должен стать комплексный метод отверждения жидкостекольных смесей, содержащих наномодифицированное связую- щее, в вакууме. По обоим направлениям получены образцы имеющие повышенную прочность, что позволяет снизить содержание жидкостекольного связую- щего в смеси с 6-9%, до 3-4% без потери технологических свойств. Так же наблюдается улучшение выбиваемости, а именно снижение работы, затра- чиваемой на выбивку стержней, до 60%. Будущее литейного производство заключается в высококачественных и экологически безопасных технологиях. Новые составы жикостекольных связующих позволят получать не только литейные формовочные и стерж- невые смеси с высокими технологическими свойствами, но и улучшить экологические показатели. 349 Порошковая металлургия, сварка и технология материалов УДК 629.735 Формирование волокнистой структуры в алюминии прошивкой сгустками карбидных частиц Ушеренко С.М. , Ушеренко Ю.С., Яздани - Черати Джавад Ф. Белорусский национальный технический университет Алюминий является достаточно однородным с точки зрения плотности металлическим материалом. Так как прошивка этого металла происходит в твердом агрегатном состоянии за счет динамического взаимодействия, то колебания ударников относительно оси образца реализуются за счет отражения ударных волн. При прошивке алюминия сгустками частиц в нем формируются волокна, которыми армируется алюминиевая матрица. На основе алюминиевой матрицы, после прошивки, возникает волоконная структура (рисунок 1). Рисунок 1. Композиционный алюминиевый материал. Процесс прошивки происходит за счет дополнительной генерации энергии в виде взрыва. При этом в зоне захлопывания канала, формируемого при прошивке, достигается давление ∼ 1016 Дж\м 3. Получена дополнительная информация о формировании волоконной структуры. Обнаружено в зоне треков дополнительного легирования - железом и медью ≈(25 масс % Fe + 1,5 масс %Сu)/. Использование карбида кремния в качестве микроударников позволяет выполнить маркировку по волокну за счет дополнительного легирования ≈ 2 масс %. За счет дополнительного легирования меняется химическая активность материала в зоне волокна, а также физико-химические свойства. 351 УДК 629.735 Процессы динамического легирования в сталях Ушеренко С.М., Ушеренко Ю.С., Яздани Джавад Х. Белорусский национальный технический университет Широко известно легирование сталей в жидком агрегатном состоянии. Введение в объем жидкого металла легирующих элементов в случае неограниченной и ограниченной растворимости приводит к формированию легированных сталях и повышение уровня их физико- химических свойств. В настоящее время практически исчерпаны возможности такого типа легирования при добавках лигатуры в до 4-х легирующих химических элементов. В случае традиционного подхода на основе стали формируется относительно однородная стальная матрица с заданным комплексом свойств. В результате использования эффектов динамического легирования появилась возможность легирования сталей в твердом агрегатном состоянии. В этих условиях на основе высокоэнергетического взаимодействия между материалом вводимых порошковых частиц и стальной матрицы формируются волокна из метастабильных соединений. Свойства таких соединений в настоящее время невозможно предсказать на основании известной информации. Однако накопленная в результате экспериментов информация позволяет предсказать формирование композиционного стального материала. Матричная сталь сохраняет исходные свойства, а армирующий каркас состоит из малоизвестных продуктов синтеза. На рисунке 1 показан пример формирования волоконного композиционного материала методом введения в сталь 45 сгустков порошков нитрида ниобия. Рисунок 1. Композиционный стальной материал, армированный волокнами из синтезированного материала Точка 1. Концентрация элементов вблизи с волокном : Nb=0,60%, Mn=2,18%, Fe=97,14% . Точка 2. Концентрация элементов в волокне: O=0,23%, Si=0,15%, Nb=7,14%, Mn=12,30%, Fe=-80,18%. 1 2 352 УДК 629.735 Исследование влияния температуры горячего прессования, примесей в шихте на плотность и прочность при изгибе горячепрессованной керамики на основе нитрида кремния Голубцова Е.С., Каледина Н.Б. ¹, Нисс В.С., Трибушевский Л.В. Белорусский национальный технический университет Вопрос синтеза конструкционной керамики, которая могла бы длительное время работать в окислительной среде при температуре свыше 1200 °С до сих пор по ряду причин остается актуальным. Для синтеза высокопрочной керамики и обеспечения повышенной надежности изделий из нее необходимо создать тонкозернистую структуру в сочетании с низкой дисперсией размеров зерен и равномерным распределением фаз. В настоящей работе применяли ультрадисперсные композиционные порошки (УДКП) в системе Si3N4-Y2O3 c повышенной удельной поверхностью (>50 м2/г). Горячее прессование осуществляли с использованием индукционного нагрева в графитовых пресс-формах в среде азота при температуре до 1850 °С и давлением 25 МПа. Для исследования влияния температуры испытаний, доли Y2O3 в смеси порошков и отношения β-Si3N4/α-Si3N4 был использован трехфакторный некомпозиционный план второго порядка Бокса-Бенкина. В качестве параметров оптимизации была выбрана плотность ( , г/см3), предел прочности на изгиб ( , МПа) и трещиностойкость ( , МПа·м0,5), а в качестве факторов — температура испытаний ( , t = 20, 700 и 1400 °С); доля Y2O3 ( , 2, 10 и 18 мас.%) и отношение β-Si3N4/α-Si3N4 ( , 0,43; 0,96; 1,49). Анализ полученных уравнений показывает, что наибольшее влияние на все параметры оптимизации (ρ; ; ) оказывает содержание в смеси оксида иттрия ( ), влияние соотношения фаз β-Si3N4/α-Si3N4 ( ) и температуры испытания значительно меньше. Максимальные значения г/см3; МПа и МПа·м0,5 при температуре испытания 700 °С, доле Y2O3 18%, соотношения β-Si3N4/α-Si3N4 =0,43. 353 УДК 621.791.36 Проблемы, возникающие при пайке алюминия и его сплавов Щавелева О.А., Девойно О.Г., Панасюгин А.С., Луцко Н.И., Голубцова Е.С. Белорусский национальный технический университет Проблема получения качественного соединения лазерной пайкой является актуальной на сегодняшний день. Для обеспечения доброкачественной пайки температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного металла. При пайке, также как и при сварке алюминиевых сплавов возникают некоторые трудности. Наличие и возможность образования тугоплавкого окисла Al2O3 (Tпл = 2050 °С) с плотностью большей, чем у алюминия, затрудняет сплавление соединяемых поверхностей и способствует загрязнению контактируемых поверхностей припоя и основного металла. Припой должен растворять основной металл и смачивать его, легко растекаясь по поверхности пайки. Как правило, соединяемые поверхности предварительно очищают механическим путем, а затем подвергают химической очистке при помощи флюсов. Флюсы должны полностью расплавляться и проявлять активное химическое и физическое действие при сравнительно низких температурах пайки. Действие флюсов при пайке алюминия и его сплавов направлено на химическое или физическое уничтожение оксида Al2O3. Наиболее сильно действующие растворители оксида алюминия -- галогенные соединения щелочного металла лития. При лазерной пайке должно происходить расплавлении припоя лазерным пятном без расплавления основного металла. Металлы, используемые в исследованиях, - алюминиевые сплавы Д16 и АК5. Здесь возникает и другая проблема -- алюминий плохо поглощает излучение, поэтому необходимо подобрать температуру, при которой выбранный припой будет расплавляться, постепенно заполняя зазор. В процессе лазерной пайки возможно контролировать температуру только косвенно - изменяя скорость передвижения лазерного пятна и диаметр самого пятна. Это также является проблемой, которая решается путем подбора и расчетов. 354 УДК 621.791.14.03 Особенности сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов Специан М.В., Голубцова Е.С., Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день, проблема получения качественных сварных соединений из алюминия и его сплавов, является весьма актуальной для таких областей промышленности как судостроение, железнодорожный транспорт, аэрокосмическая, автомобильная, электротехническая, пищевая промышленность, строительная индустрия. Традиционная сварка плавлением имеет ряд недостатков и проблем, которые могут быть решены с помощью сварки трением с перемешиванием, к примеру, в процессе сварки трением с перемешиванием отсутствует дым, шум, ультрафиолетовое излучение, нет необходимости придания специального профиля кромкам и удаления оксидной пленки перед сваркой, возможно получение беспористых швов с низким уровнем деформаций. Качество сварки трением с перемешиванием и ее производительность, во многом определяются геометрией сварочного инструмента. Параметры геометрии инструмента, который состоит из пина и бурта, должны обеспечивать получение качественного сварного соединения, максимально приближенного по своим свойствам к свойствам основного металла. Сам инструмент должен состоять из материала, имеющего высокую жаростойкость, твердость, низкую теплопроводность, износостойкость. Для алюминиевых сплавов обычно используют инструмент из сплавов на кобальто-никелевой основе, инструментальных сталей, твердых сплавов системы WC-Co. Вращение инструмента обеспечивает нагрев материала, и его перенос в процессе сварки. При увеличении частоты вращения инструмента, увеличивается тепловыделение, интенсифицируется процесс переноса и перемешивания материала. Важно подобрать оптимальную скорость вращения, так как если материал будет недостаточно прогрет, за пином будут образовываться несплошности шва, а при слишком большой температуре, будет происходить перегрев металла, образование задиров и схватывание материала с инструментом. 355 УДК 621.74.047 К вопросу стабильности начального этапа процесса горизонтального непрерывного литья Демченко Е.Б. Белорусский национальный технический университет Для стабилизации начального этапа процесса горизонтального литья использовали устройство - пробку из малотеплопроводного материала с литниковым каналом, отделяющую металлоприёмник от полости кристаллизатора и вставляемую в выступающую неохлаждаемую часть графитового вкладыша. Оно предназначалось для ликвидации прорывов расплава на выходе из кристаллизатора в процессе литья. Недостатком такого устройства являлось то, что пробка часто выталкивалась в металлоприёмник во время обратного направлению вытяжки движения заготовки. Это происходило потому, что в начале процесса литья, в момент заливки первых порций расплава в металлоприёмник, поступающий в кристаллизатор расплав способствовало образованию в верхней части кристаллизатора воздушной подушки, давление в которой возрастало пропорционально температуре расплава. Поскольку гидростатическое давление металла на пробку со стороны металлоприёмника уравновешивается гидростатическим давлением расплава со стороны кристаллизатора, то давление воздушной подушки выталкивало пробку внутрь металлоприёмника, что соответственно приводило к нарушению процесса литья. Выталкивание пробки наблюдали при промышленном внедрении технологии горизонтального непрерывного литья заготовок из чугуна в условиях Каунасского завода «Центролит». На основании теоретических и экспериментальных исследований было предложено использовать в устройстве для горизонтального непрерывного литья, содержащем металлоприёмник, водоохлаждаемый кристаллизатор с графитовым вкладышем, неохлаждаемая часть которого соединена с металлоприёмником пробку из малотеплопроводного материала с литниковым каналом для прохода расплава, отделяющую металлоприёмник от полости кристаллизатора. Пробка соединялась с неохлаждаемой частью графитового вкладыша с помощью замка, выполненного в виде пазов на вкладыше и пробке. Кроме того в верхней части пробки было выполнено щелевое отверстие для отвода воздуха из полости кристаллизатора в металлоприёмник. Таким образом, использование усовершенствованного устройства позволило решить задачу обеспечения стабильности процесса горизонтального непрерывного литья. 356 УДК 621.791.763.1. О механизме формировании сварного шва при точечной контактной сварке разнотолщинных материалов Демченко Е.Б. Белорусский национальный технический университет При сварке материалов с большим соотношением толщин с резко различающимися теплофизическими свойствами существенное влияние на расположение литой зоны соединения оказывает характер режима сварки. В случае жесткого режима сварки литая зона располагается относительно симметрично плоскости соединяемых деталей, размеры вмятин на поверхности деталей меньше, выше стойкость электродов. При этом на жестких режимах сварки необходимо повышать усилия сжатия заготовок. Это ограничивает применение жестких режимов в связи с усложнением конструкций приводов сварочных машин. На мягком режиме литая зона смещена в более толстую деталь и расположена симметрично относительно внешних поверхностей деталей. Однако при больших tСВ размеры зоны термического влияния увеличиваются, что может привести к деформации металла и короблению сварных узлов. При соединении деталей неравной толщины возникает ряд проблем, обусловленных различным характером распределения плотности тока в деталях, отвода теплоты от расплавленной зоны в электроды и пониженным сопротивлением деформации тонкой детали. Из-за сильного растекания тока в толстом листе резко возрастает плотность тока на периферии контакта деталей. Неодинаковое удаление зоны расплавления от рабочей поверхности электродов создает в тонком листе более высокий градиент температур, а поэтому более сильный поток теплоты в электрод. В результате ядро располагается несимметрично относительно стыка деталей и смещается к центру, а проплавление тонкой детали уменьшается. При большой разнице в толщине может возникнуть полный непровар изделия. Повышение температуры тонкой детали усиливает ее деформацию, появляются глубокие вмятины от электродов, увеличиваются зазоры между деталями. При применении мягких режимов усиливается отвод теплоты в электроды и смещение ядра, увеличивается деформация тонкой детали. Проведенное моделирование процесса контактной точечной сварки стальных деталей различной толщины показало, что ядро возникало в виде кольцевой зоны на некотором радиусе относительно оси электрода, которая во время цикла сварки распространялась внутрь и наружу. Показано что, при глубоком проплавлении требуемое время сварки с понижением сварочного тока быстро возрастает. 357 УДК 621.762.227 Использование высокоэнергетических методов обработки с целью создания инструмента из отходов твердых сплавов Поболь А.И. Белорусский национальный технический университет Современное производство не обходится без применения твердосплавного инструмента. Дороговизна как готовых твердосплавных изделий, так и сырья для их изготовления вызывает необходимость постоянного поиска путей снижения издержек производства. В то же время, несмотря на огромные объемы лома твердых сплавов (только на БМЗ исчисляется тоннами в год) промышленная переработка отходов твердых сплавов (ОТС) в Беларуси не реализована. Механическая переработка отходов ВК сплавов в барабанных мельницах и аттриторах уже показала свою целесообразность. С целью снижения дисперсности, а вместе с этим и повышение ряда важнейших характеристик получаемых порошков ведется работа с Томским политехническим университетом по применению электроэрозионного диспергирования для переработки ОТС. Получаемые золи с субмикронными и наноразмерными частицами обладают высокой поверхностной энергией, при этом ренгенофазовые исследования показали высокий процент карбидной составляющей в получаемом сырье. Технология не требует больших капиталовложений. В процессе создание компактных изделий импульсное электроконтактное спекание (ЭКС) имеет ряд преимуществ: при высокой производительности и низкой энергоемкости процесс реализуется без защитной атмосферы в коротком временном интервале, что позволяет минимизировать зону термического воздействия на материал, сформировав мелкодисперсную структуру при его высокой (до 99%) плотности. С применением ЭКС в ОИМ НАН Беларуси из ОТС изготовлен инструмент: фильеры для правки арматурной проволоки, а также токарные резцы и правильные карандаши. Испытания инструмента показали сравнительно высокую стойкость, в некоторых случаях превышающую стойкость инструмента, изготовленного классическим спеканием твердого сплава первого применения, при значительно меньшей стоимости. Электронно-лучевые технологии (ЭЛТ) также могут применяться в процессе изготовления изделий из твердых сплавов. В ФТИ НАН Беларуси испытаны возможности ЭЛТ формировании отверстий, восстановлении фильер путем залечивания пор и трещин, при пайке и термообработке ТС. Таким образом, высокоэнергетические методы обработки, применяемые в Беларуси или легко внедряемые, найдут применение на всем цикле переработки ОТС и создания изделий из них. 358 УДК 669.15 Использование раскислительно-модифицирующих композиций для стали Проворова И.Б.1, Розенберг Е.В.1, Волосатиков В.И.2 1Белорусский национальный технический университет 2Министерство образования Республики Беларусь В Республике Беларусь производится более 150 тыс. тонн стального литья. Перед заливкой в формы при изготовлении отливок из сталей проводят операцию раскисления, для которой используется вторичный алюминий, а также, в зависимости от требований SiCa и FeMn. С целью измельчения зерна, повышения жидкотекучести расплава, улучшения формы неметаллических включений, рафинирования, повышения механических свойств после раскисления необходимо проводить операцию модифицирования. В связи с высокой стоимостью модификаторов для стали на подавляющем большинстве предприятий эта операция не производится. Предлагается совместить раскисление и модифицирование. Для этого необходимо ввести в состав раскислителя отсевы модификатора. В условиях сталелитейного цеха ОАО «МТЗ» опробована экспериментальная партия раскислительно-модифицирующей композиции на базе вторичного алюминия и отсевов модификаторов, содержащих щелочноземельные металлы (Ca, Ba, Sr), для внепечной обработки расплава стали 45Л. Раскислительно-модифицирующую композицию получали смешиванием в жидко-твердой фазе расплава вторичного алюминия с отсевами модификатора в соотношении 35 и 65 мас. % соответственно. Проведены следующие серии экспериментов: добавка раскислительно- модифицирующей композиции (0.1 мас. % отсевов модификатора + 0,05 мас. % вторичного алюминия); добавка 0,1 мас. % модификатора и 0.05 мас. % алюминия раздельно; добавка 0.05 мас. % алюминия для дораскисления по заводской технологии. Заливались спиральные пробы на жидкотекучесть и трефы. Из них вырезались образцы для механических испытаний, из которых изготавливались шлифы для определения структуры и загрязненности стали неметаллическими включениями до и после термообработки. В первой серии экспериментов наблюдалось увеличение относительного удлинения в 1.25 раза, жидкотекучести – в 1.25 раза, во второй серии относительное удлинение увеличилось в 1.20 раза, жидкотекучесть – в 1.30 раза по сравнению с заводской технологией. 359 В результате обработки жидкой стали раскислительно- модифицирующей композицией и модификатором, наблюдалось уменьшение количества неметаллических включений и их размеров. Таким образом, рекомендуется использовать раскислительно- модифицирующие смеси в литейных цехах предприятий машиностроительного профиля для внепечной обработки сталей. УДК 536.7+546.3 Оценка степени активации порошковых аморфно- кристаллических сплавов на основе Fe по величине его электрохимического потенциала Горанский Г.Г. Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» Доказана возможность управления термодинамической стабильностью порошковых многокомпонентных аморфизируемых сплавов на основе Fe путем их предварительной деформации при аттриторной обработке (АО). Зная энергонапряженность аттритора (определялась методами «тест- объекта» и путем непосредственного измерения потребляемой мощности в цепи привода при работе в режимах холостого и рабочего хода) и время диспергирования, оценивали механическую энергию ЕД, подведенную к материалу за время его (АО). Энергия ЕП, аккумулируемая единичной массой материала в процессе АО, определялась калориметрическим методом. АО через определенное время приводила сплавы в аморфное состояние с различным объемом аморфной фазы Со (вплоть до полной аморфизации). Это доказано методами рентгеноструктурного анализа, электронной и оптической микроскопии. Далее методом мгновенного фиксирования ЭДС определены значения химических потенциалов Δμ железа для исследуемых сплавов после различной степени их аморфизации вследствие АО. Результаты исследования сведены в таблицу. Здесь же для оценки термической стабильности сплавов приведены параметры их перекристаллизации (температура начала процесса Тv, энергия его активации Еa, интенсивность экзотермического эффекта ∆Τ, показатель n Джонсона-Мела-Аврами), полученные методом дифференциально- термического анализа. 360 Степень аморфизации, химический потенциал и параметры перекристаллизации порошковой композиции в зависимости от степени аккумулируемой ими при АО энергии ЕП Сплав ЕП, кДж/г Со, % ΔμFe, Дж/моль Тv, К ∆Τ, град Еa, кдж /моль n Fe–Ni- Mo-Co –Cr-В- Si - 82 4083 755 220 322,4 2,31 0,32 82 3452 764 245 392,8 2,60 0,74 86 3106 776 285 418.6 2,66 1,36 88 2796 798 310 434,6 2,73 2,60 96 2550 818 370 520,7 2,96 2,79 98 2101 818 385 520,7 3,02 Установлено: температурная стабильность порошковой композиции Fe–Ni-Mo–Cr-Co-Si-В определяется ее термодинамическим потенциалом. УДК 536.425:538.91 Термодинамическое моделирование и свойства аморфной фазы в многокомпонентных сплавах на основе Fe Горанский Г.Г.1, Хина Б.Б.2 Научно-технологический парк БНТУ «Политехник»1 Физико-технический институт НАН Беларуси2 Перспективным направлением в современном материаловедении является использование аморфных порошковых систем как прекурсоров для получения субмикрокристаллических и наноструктурированных материалов и покрытий путем контролируемого нагрева, при котором происходит кристаллизация аморфного материала. Предложена термодинамическая модель оценки энергии активации и экзотермического эффекта превращения многокомпонентный аморфный сплав → кристаллические фазы, обосновывающая и базирующаяся на том, что лимитирующей стадией кристаллизации является гомогенное образование зародышей кристаллов. Потенциал Гиббса и энтальпия превращения многокомпонентный аморфный сплав → кристаллические фазы оцениваются на основе термодинамических данных для различных фаз, используемых для расчета равновесных диаграмм состояния по методам вычислительной термодинамики CALPHAD. К аморфной фазе применена модель регулярного раствора для тройной или четверной системы, составляющей основу аморфной фазы. Модель учитывает влияние развивающихся при перекристаллизации внутренних напряжений на реальную величину энергии активации. Численные расчеты для реальных систем Ni-Сo-Fe-Cr-Mo-Si-B и Ni-Fe-Cr- 361 Si-B, полученных механическим легированием, позволяют оценить термическую устойчивость аморфных сплавов и выделяющуюся теплоту перекристаллизации. Показано: температурная стабильность порошковой композиции Fe–Ni-Mo–Cr-Co-Si-В определяется ее термодинамическим потенциалом, который можно изменять на стадии диспергирования, варьируя величиной энергии деформации, аккумулируемой материалом. Применение полученных механическим легированием аморфных порошковых сплавов с изменяемым уровнем термической стабильности для формирования нано- или субмикроскристаллических износостойких покрытий позволяет, используя при нанесении покрытия запасенную в материале энтальпию неравновесного фазового перехода, корректировать режимы газопламенного нанесения покрытий и управлять их структурой. Покрытия упрочнены равномерно распределенными в матрице наночастицами (40-80 нм) интерметаллидов (до 22%) и аморфной фазы (6- 2%). УДК 621.791:621.793 Газодинамическое напыление в аддитивной технологии формирования керамических покрытий Ваганов В.В. Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» Аддитивная технология нанесения керамических покрытий предполагает создание нескольких слоев, каждый из которых выполняет свои функции: подслой обеспечивает высокий уровень адгезии к основе, средний слой гарантирует высокие прочность и вязкость, наружный – твердость, термостойкость, износостойкость, коррозионную стойкость. Нанесение этих слоев осуществляется последовательным применением нескольких технологических процессов. Подслой для многофункциональных керамических покрытий должен обладать высокой адгезионной прочностью, минимальной пористостью, высокой однородностью, варьируемой в широком диапазоне толщиной. Подобный уровень свойств подслоев обеспечивает метод газодинамического напыления, когда порошковый материал инжектируется в воздушную струю, скорость которой 300-800 м/с. За счет высоких скоростей соударения и деформации, материал порошка приобретает повышенную пластичность, что позволяет частицам привариваться к основе, формируя качественное покрытие без дополнительного подогрева воздуха и основы. Метод позволяет без предварительной подготовки поверхности основы 362 наносить покрытие на воздухе при нормальном давлении, любых значениях температуры и влажности. Тепловое воздействие на основу минимально; поток напыляемых частиц - узконаправленный с поперечным сечением 2-5 мм, что позволяет наносить покрытия на локальные участки поверхности изделий из любых металлов, керамики, стекла, полимеров. Прочность адгезии составляет 80-120 МПа; толщина покрытия обеспечивается режимом нанесения и может быть любой (от 2-4 мкм до 2 и более мм); однородное покрытие имеет низкую пористость (0,05 - 0,3%); шероховатость его поверхности составляет Rz = 20-40, обеспечивая высокую прочность закрепления других дополнительно наносимых покрытий. При последующей химической или химико-термической обработке возможно формирование многокомпонентных многослойных покрытий с градиентным распределением достигнутых или новых свойств. Газодинамические тонкие (2-10 мкм) высокоплотные подслои на основе алюминия и его сплавов - первый шаг перед ионно-плазменной обработкой в соответствующей среде с целью формирования многокомпонентных многослойных керамических покрытий типа Al2O3, AlN, AlTiN, Al4С3, Al2TiO5, SiAlN. УДК 620.179 + 621.793 Обоснование составов подслоев керамических покрытий, полученных ионно-плазменной обработкой Ваганов В.В. Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» Многокомпонентные и многослойные керамические покрытия типа Al2O3, AlN, AlTiN, Al4С3, Al2TiO5, SiAlN имеют неограниченные перспективы для использования: в горнодобывающей, нефтяной и машиностроительной промышленности на инструментах (из быстрорежущих сталей, твердосплавных и керамических), клапанах, эксцентриках, втулках и т.д.; в деталях металлургического оборудования (в связи с низкой смачиваемостью расплавленными металлами и высокой термостойкостью); в медицине и пищевой промышленности (обладают высочайшей коррозионной стойкостью и биоинертностью); в энергетике и микроэлектронике (AlN имеет уникальное сочетание крайне высокой теплопроводности и отличных изоляционных свойств, низкий коэффициент теплового расширения). Толщина покрытий в зависимости от сферы применения составляет от 2-5 мкм до 1 мм. Они могут наноситься на большинство технически интересных материалов с использованием аддитивной технологии (газодинамическое нанесение 363 подслоя из алюминия и его сплавов и последующая ионно-плазменная обработка (ИПО) в соответствующей среде). Варьирование режимами ИПО (схема загрузки изделий в камеру, содержание в смеси активных газов, их давление, плотность тока и напряжение) позволяет формировать покрытия с различным строением и фазовым составом. Показано, что когда подслой из Al предварительно сформирован, не надо использовать вакуумные камеры с магнетронными и электродуговыми распылителями. Отсутствие распыляемых мишеней упрощает технологию, ускоряет процесс, стабилизирует свойства покрытия по его сечению. Можно сразу формировать многокомпонентные керамические слои покрытия, расширяя спектр их характеристик. Доказано, что управление технологическими параметрами позволяет формировать структуры с большим содержанием рентгеноаморфной фазы и наноразмерными компонентами, сообщая покрытию улучшенные характеристики износостойкости. Установлена возможность изменения состава каждого осаждаемого многокомпонентного слоя и изменения структуры чередующихся слоев с высокой степенью точности. Выполнение ионно-плазменной обработки в газовой среде позволяет использовать низкую мощность разряда и избежать нагрева подложки, что формирует покрытие с повышенной трещиностойкостью и дает возможность обрабатывать изделия с низкой температурой отпуска. УДК 669.788–699.234.002.5 Водородная обработка материалов: история развития и перспективы Гольцова М.В. Белорусский национальный технический университет Все виды энергетики, от атомной до водородной, в той или иной мере связаны с использованием систем металл-водород. Таким образом, исследование закономерностей взаимодействия водорода с металлами и металлическими материалами и развитие водородного материаловедения особенно актуально для Республики Беларусь в свете строительства Беларусской АЭС, а также, учитывая мировую тенденцию к широкому использованию водородной энергетики. Водородное материаловедение состоит из двух обширных областей: водородной деградации материалов и водородной обработки материалов. Эти области имеют противоположные цели и задачи. В первой (водородная деградация материалов) исследуются закономерности ухудшения структуры и свойств металлов и сплавов в результате их взаимодействия с водородом. 364 Развитие этой области было обусловлено непредсказуемыми разрушениями химического и нефтехимического оборудования обусловленными водородной коррозией, железнодорожными и авиакатастрофами в результате флокенов и водородной хрупкости. Эта область знаний была систематизирована в ставшей классической монографии [1]. Водородная обработка материалов (далее - ВОМ) ставит своей целью улучшение структуры и свойств тех материалов, в которых положительное воздействие водорода принципиально возможно (Pd, Nb и их сплавы, сплавы типа TbFe2, NdFeB, титановые сплавы, и т.д.). Причем, первые экспериментальные данные об улучшении водородом деформируемости литых металлов были получены исследователями Цвиккером и Шляйхером при изучении водородной хрупкости титановых сплавов в конце 1950-х годов. Но только в 1970х годах были начаты систематические исследовательские работы по благоприятному влиянию водорода на технологичность титановых сплавов, а также по влиянию водородофазового наклепа на палладий и ниобий и их сплавы [2]. Теория и технология ВОМ были обобщены в монографии [3] на английском, а затем в [4] – на русском языках. Несмотря на то, что для классического материаловедения само понятие об улучшении свойств материалов с помощью водорода звучит «крамольно», достаточно упомянуть хотя бы несколько технологий ВОМ, достигших широкого коммерческого применения, чтобы оценить широту возможностей: 1. термо-водородная обработка и водородные технологии титановых сплавов, 2. водородная обработка алюминиевого литья, 3. водородная обработка (HDDR-процесс) сплавов для постоянных магнитов, и другие технологии, с которыми можно подробнее ознакомиться в [2 - 4]. Потребность в ВОМ будет неизбежно расти в результате постоянного увеличения в настоящее время доли «зеленой энергетики» в развитых странах. Палладий, как модельный материал, позволяет выявить общие закономерности взаимодействия водорода с металлом. Систематические исследования различными методиками показали, что особую роль в системах металл-водород играют внутренние напряжения, индуцированные водородом в металле. Они вызывают целый ряд водородоупругих и водородопластических эффектов микро- макро- и мезомасштабов. Сильные внутренние напряжения, индуцируемые водородом, могут приводить к необратимой пластической деформации металла, а могут 365 релаксировать ранее неизвестными в классическом металловедении способами, например, сдвигом зерен металла или возникновением волновых процессов в металле. О силе возникающих водородных напряжений свидетельствует экспериментально зарегистрированный факт развития пластической деформации в области разбавленных твердых растворов водорода в палладии (α-PdHx). Этот эффект может применяться на практике, например, в области разработки датчиков утечек водорода, чему будут посвящены будущие работы. Литература 1. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. – 216 с. 2. А.А. Ильин, Гольцова М.В. Водородная обработка материалов : исторические аспекты и теоретические основы (обзор современного состояния) // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008, т. 50 (№5-6), стр. 261-264. 3. Progress in Hydrogen Treatment of Materials / [editor V. A. Goltsov]. – Donetsk–Coral Gables: Kassiopeya Ltd., 2001. – 543 p. 4. Альтернативная энергетика и экология (спецвыпуск журнала) 2014, №1 (141). УДК 621.793 Упрочнение технологического покрытия при длительном распылении комбинированных катодов Ковалевский В.Н., Керженцева Л.Ф., Жук В.А. Белорусский национальный технический университет Длительное распыление комбинированных катодов при магнетронном распылении сопровождается разогревом зоны эрозии катодов. Распыление идет кластерами и капельной фазой. Возможный нагрев катодов в процессе эрозии влияет на состав и однородность распыляемого потока и степень его активности. Источником питания регулировали толщину конденсата, как функцию времени и условия осаждения. Нанесение тонкопленочного покрытия на поверхности подложки, располагаемой под различным углом относительно эмиссионного потока позволило установить, что адгезия растет с увеличением угла встречи потока с подложкой до 30о, а затем падает интенсивно после 45о. Длительное распыления одновременно Мо и С или С и Si с использованием комбинированных катодов или моно (W) катодов 366 получены композиционные или слоистые покрытия из смеси атомов, кластеров или дисперсных частиц на дроби. При кратковременном распылении использовали процесс с циклическим чередованием распыления в жестких режимах при давлении аргона 0,3.Па и охлаждения поверхности катода обдувом холодным аргоном под давлением 10Па, что обеспечивало создание условий раздельного синтеза и получение смеси в аморфном состоянии. Свойства керамических покрытий (плотность ρ~ 3,18 г/см3), твердость (3260 МПа), модуль нормальной упругости (354 ГПа), адгезионная прочность (определялась качественно по методу царапания), стойкость к окислению до 1000оС, фазовый состав (близок к стехиометрическому) и электрическое сопротивление (ρ 109 -1010 ом см) исследовали в зависимости от параметров напыления. После испытаний на раздавливание порошков – композитов на основе АСМ 14/10 изучена тонкая структура и по микродифракции оценивался фазовый состав покрытия. Предельной плотностью карбидокремниевых покрытий является плотность α -SiC монокристаллов равная 3,214 г/см3. Плотность покрытий регулируется силой тока (0,9 – 1,0 А) разряда, напряжением на катоде (0,6 – 0,7 кВ), давлением газа в камере(0,2 – 0,35 Па), расстоянием между обрабатываемой поверхностью и распыляемым катодом ( 200 мм). УДК 621.793 Эффективность обработки плазмой тлеющего разряда при нанесении покрытия Ковалевский В.Н., Керженцева Л.Ф., Жук В.А. Белорусский национальный технический университет Значительная роль придается процессу обработки плазмой тлеющего разряда. Обработка плазмой тлеющего разряда при отключенной магнитной катушке при магнетронном распылении позволяет не только очистить частицы, подвергаемые напылению, от загрязнений, но и выполнить дегидратацию и дегазацию адсорбированных компонентов, получить требуемую адгезионную прочность между частицами и покрытием.Перед нанесением покрытий осуществляли обработку (очистку) поверхности частиц от оксидов, гидроксидов (для влажных порошков). После каждой смены катодов проводили обработку поверхности плазмой тлеющего разряда. Для повышения адгезионной прочности покрытия с частицей предусматривается очистка ее поверхности (дегидратации и дегазации) ионной бомбардировкой плазмой 367 тлеющего разряда в среде аргона при давлении (1 – 0,8) Па. При обработке плазмой тлеющего разряда поверхности частиц одновременно с температурными эффектами наблюдается механическое воздействие поверхностных волн Релея, происходит «тренировка» поверхности катода и ее атомы насыщают зону плазмы, делают ее более плотной, что на этапе распыления покрытия обеспечивает качество процесса на низких режимах. Плотность частиц нейтральной плазмы в области темного фарадеева пространства максимальна при пониженной кинетической активности и зарядности. Обработка плазмой ТР3 в условия распыления комбинированного катода Si+C в течение 60 и 90 минут с коэффициентом засыпки Кзас = 0,3 и 0,6 устраняет влияние остаточных напряжений при разгерметизации. Присутствие на поверхности покрытия, доля которого с увеличением удельной поверхности повышается, обеспечивает повышение вязкости разрушения и снижает скорость падения прочности с уменьшением размера частиц алмаза. Предложен механизм управления адгезионной прочностью покрытий путем воздействия частиц плазмы тлеющего разряда на процесс дегидратации поверхности подложек. Устойчивость островков влаги, формирующихся на льюисовских центрах, определяется режимами обработки и временем выдержки перед напылением (60…2400 с), что позволяет получать покрытия в тонкопленочном исполнении с высоким уровнем адгезионной прочности (40 МПа). УДК 621.793 Формирование многослойных покрытий в пресс-формах Жук А.Е., Григорьев С.В., Ковалевская А.В. Белорусский национальный технический университет Применение сферического порошка коррозионностойкой стали при изготовлении фильтров возможно при спекании в условиях упругой подпрессовки или при использовании легкоплавкой добавки, удаляемой до или в процессе спекания. Использовали шихту из активированных порошков различных размеров с нанопокрытием. Активирование поверхности порошков проводили путем обработки их плазмой тлеющего разряда с последующим нанесением магнетронным распылением охлаждаемых катодов конденсата толщиной свыше 300нм. Конденсат состоял из компонентов, совместимых с основой. Формование изделия проводили в металлической пресс – форме. При малой длительности (десятки секунд) процесса распыляемые элементы осаждаются в аморфном, а с увеличением времени распыления в кристаллическом 368 состоянии в виде смеси (Si+С) или (Мо+Si). Состав осаждаемого конденсата изменяется после обработки тонкого слоя плазмой тлеющего разряда на аморфный SiС или МоSi2. При длительности распылении кремния и молибдена до 2ч.40мин. на поверхности частицы осаждается конденсат с формированием аморфно – кристаллической структурой, образуются поверхности покрытий с рельефом кластерных структур. Реакционное спекание протекает по экзотермической реакции с образованием SiС или МоSi2. Диффузионные процессы Si и Fe протекают на контакте частицы и конденсата, как одновременно с реакционным спеканием, так и при более высокой температуре с образованием Fe3Si. При нагреве в интервале 750 – 1000 оС усадка протекает интенсивно, при температуре 940оС образуется МоSi2 . Установлен интервал температур (1000 – 1150оС), при котором происходит спекание порошков с покрытием с формированием Fe3Si. Проводили формование и ступенчатое спекание с изотермическими выдержками в течение 1ч. при 850оС для экзотермической реакции с образованием α – SiС и при 940 оС с образованием МоSi2 и спекание активированных частиц через прослойку Si с образованием фазы (Fe3Si) при температуре 1150 оС. Спекание порошков с покрытием протекает в два этапа: первый – реакционное спекание Мо+2Si = МоSi2 (с увеличением объема элементарной ячейки, так как rх/rме> 0,59 (правило Хегга), то образуется силициды со структурой растворов замещения) и второй этап – активированное спекание изделия с формированием окончательных свойств УДК 621.793 Нанесение покрытий в условиях раздельного синтеза при магнетронном распылении Жук А.Е., Григорьев С.В., Жук К.А. Белорусский национальный технический университет Качество покрытия достигается снижением уровня остаточных напряжений за счет согласования объемных изменений в материалах покрытия и в частицах. Механизм напыления описывает процессы эмиссии, переноса и конденсации вещества с учетом неоднородности распыляемого потока. Взаимодействия эмиссионного потока с локализованной плазмой магнетронного разряда, имеющей повышенную плотность, ограниченный объем и содержащей высокоэнергичные электроны, ионы, нейтральные атомы, приводит к активации атомов потока. Однородная область высокоэнергичных атомов при низких температурах создает условия получения аморфной структуры. 369 Управление процессом напыления проводят с минимальной инерцией и максимальной скоростью за счет изменения индукции магнитного поля. Нанесение покрытий в условиях раздельного синтеза позволяют получать базовой материал покрытия в аморфном состоянии в виде смеси компонентов с последующим взаимодействием их с образованием химического соединения. В условиях раздельного синтеза при размещении частиц в перемешивающем устройстве в области фарадеевого пространства, где эмиссионный поток обладает минимальной энергией, ведение процесса на мягких режимах при низком давлении рабочего газа позволило получить карбидокремниевое покрытие с тонким слоем до 20нм с аморфной структурой, а при толщине свыше 100нм с аморфно – кристаллической структурой Аморфная структура напыленного базового материала (карбида кремния, дисилицида молибена) и его способность к кристаллизации зависят от мощности подводимого теплового потока. Реакции в покрытии протекают экзотермические карбид кремния или карбида вольфрама из смеси Si– C (W - C) и силицид молибдена из смеси Mo – Si2. Установлено, что реакционное спекание в твердой фазе α-SiC из смеси атомов кремния и углерода состава, соответствующего стехиометрическому, протекает при температурах 540 – 890 ºС, что приводит к уменьшению объема и повышению плотности покрытия. Исследования, выполненные при нагреве уплотненных порошков – композитов на дилатометре, показали, что в процессе нагрева происходит изменением линейных размеров образца, которые наблюдаются при синтезе новой фазы в материале. УДК 539.893: 546.28.171.1 Исследование фазового состава композитов на основе тугоплавких соединений и углерода, полученных с использованием высоких давлений Григорьев С.В., Волосатиков В.И., Сенченко Г.М. Белорусский национальный технический университет Для изучения влияния фуллереновой сажи на процессы структурообразования композитов на основе порошка нитрида кремния были исследованы образцы композиционного материала Si3N4 с добавкой 0,5 % фуллереновой сажи, которые были получены спеканием под давлением (до 4 ГПа). Температура спекания композита изменялась в диапазоне 1500 – 1900 °С. Фазовый состав и параметры тонкой структуры полученных образцов исследовались на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3. Использовалось Cukα монохроматизированное рентгеновское 370 излучение при напряжении на рентгеновской трубке U=30 кВ и токе I = 20 mA. В качестве монохроматора для удаления Kβ – характеристического излучения использовался пиролитический графит. Регистрация рентгенограммы осуществлялась в пошаговом сканирующем режиме. Шаг сканирования - 0,05°, время выдержки 5 с. Первичная обработка рентгенограммы – сглаживание спектра, вычитание фона, определение межплоскостных расстояний, определение площади дифракционных пиков и их полуширины осуществлялось с использованием специализированного программного обеспечения DifWin1. Изучение фазового состава проводилось с использованием специализированного программного обеспечения Crystallographica Search Match (CSM) и базы данных PDF-2. Анализ рентгенограмм позволил определить фазовый состав композитов нитрид кремния - 0,5 % фуллереновой сажи. Фазовый состав образцов Si3N4 представлял собой совокупность α и β фаз Si3N4, а также незначительного количества SiO2. фаза α - Si3N4 присутствовала в образце до температуры спекания 1700 °С. При более высокой температуре спекания в образцах присутствовала только β - фаза Si3N4 с небольшим содержанием SiO2 (3-4 %). Выявлено, что влияние фуллереновой сажи на процессы структурообразования композита на основе нитрида кремния аналогично влиянию фуллереновой черни. При увеличении температуры спекания выше 1600 °С содержание β - фазы Si3N4 резко увеличивается с 29 % при температуре 1600 °С до 97% при температуре 1900 °С при соответствующем снижении количества α - фазы Si3N4. УДК 539.893: 546.28.171.1 Исследование микроструктуры высокоплотных керамических композитов, полученных с использованием высоких давлений Волосатиков В.И., Симончик А.П., Силина Т.В. Белорусский национальный технический университет Исследования тонкой структуры высокоплотных композиционных материалов осуществлялось для оптимизации получения материалов на основе нитрида кремния с необходимым уровнем физико-механических и эксплуатационных характеристик. Для обеспечения высокой плотности образцы керамических композитов спекались под высоким давлением. Спекание под высоким давлением позволяет достичь высокой степени уплотнения композиционных материалов с минимальным количеством 371 активирующих добавок или совсем без них. Этот метод позволяет получать высокоплотные материалы с сохранением нанокристаллических размеров частиц в структуре спеченных композитов. В качестве исходных компонентов использовались субмикронные порошки нитрида кремния, нитрида титана, оксиды алюминия и иттрия, наноразмерные и субмикронные порошки кубического нитрида бора. Оксиды алюминия и иттрия использовались как добавки, активирующие процесс спекания разрабатываемого композиционного материала. Образцы из шихты на основе данных компонентов в различных процентных соотношениях спекались в диапазоне температур от 1300 °С до 1900 °С. Давление в матрице горячего прессования составляло 4 ГПа. Анализ микроструктуры образцов проводился по микрофотографиям, полученным с использованием детектора обратно отраженных электронов сканирующего электронного микроскопа. Использование детектора обратно отраженных электронов позволило по изменению цвета фаз, в зависимости от атомного номера входящих в фазу химических элементов, идентифицировать присутствующие в исследуемых образцах фазы и оценить характер их распределения. Фазы Al2O3 и Y2O3 располагаются в виде тонких включений по границам частиц BN, TiN и Si3N4. При высоких температурах спекания (более 1600 °С) в структуре керамических композитов начинают появляться отдельные области, содержащие оксиды кремния, образовавшиеся при распаде (окислении) нитрида кремния. Использование шихты (α-Si3N4 – TiN - Y2O3 - Al2O3) + 30-50% кубического нитрида бора позволило создать методом горячего прессования высокоплотный композит с пористостью не более 2-3% с равномерным распределением входящих в шихту фаз. УДК 621.79 Разработка и исследование процессов электролитно-плазменной обработки титановых и циркониевых сплавов Алексеев Ю.Г., Королёв А.Ю., Григорьев С.В. Белорусский национальный технический университет Одним из прогрессивных методов повышения качества поверхности металлических изделий является электролитно-плазменная обработка (ЭПО), которая широко используется в процессах полирования, удаления заусенцев и очистки изделий медицинского назначения, декоративных изделий, деталей машин и приборов. Однако массовое использование технологии ЭПО ограничивается тем, что в промышленных масштабах к настоящему времени освоены процессы ЭПО только небольшого перечня 372 материалов: низкоуглеродистые и коррозионностойкие стали, алюминиевые сплавы, бронзы и латуни. В то же время существует и ряд других распространённых материалов включая титановые и циркониевые сплавы, широко применяемые при производстве ответственных изделий, технология изготовления которых предусматривает выполнение качественной финишной обработки. К таким изделиям относятся, зубные и костные имплантаты, имплантаты для травматологии, фиксаторы позвоночника и другие изделия из титановых сплавов; турбинные лопатки двигателей из титановых сплавов; листы; детали тепловыделяющих и теплообменных элементов ядерно-энергетических систем из циркониевых сплавов. Как правило, такие детали имеют сложную геометрическую форму, поэтому при полировании их механическими методами возникают значительные трудности. Для электрохимических технологий указанные материалы являются труднообрабатываемыми, а процессы их полирования требуют применения токсичных электролитов. Для решения указанных проблем разработана технология электролитно-плазменного полирования и очистки изделий из титановых, и циркониевых сплавов. Технология обладает высокой экологической безопасностью по сравнению с классическим электрохимическим полированием за счёт применения безвредных электролитов. Технология обеспечивает снижение шероховатости поверхности с Ra = 1,25–0,8 мкм до Ra = 0,2–0,04 мкм. Продолжительность обработки составляет в среднем 5 мин. Новый метод электролитно- плазменной обработки реализуется в электролитах на основе водных растворов солей общей концентрацией не более 5 %. Для сравнения, традиционное полирование, например, титановых сплавов выполняется в электролитах с температурой 80 °С, содержащих помимо серной и азотной кислот, токсичную плавиковую кислоту концентрацией 20–25 %. УДК 621.9.047.7 Импульсное биполярное электрохимическое полирование изделий из алюминиевых сплавов Нисс В.С., Паршуто А.Э., Головач С.И. Белорусский национальный технический университет Электрохимическое полирование поверхности металлов и сплавов в настоящее время является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов повышения качества поверхности, не смотря на то, что используется в промышленности на протяжении многих десятилетий. Однако ЭХП в его классическом виде имеет ряд существенных недостатков. Одним из них является зависимость режимов 373 обработки и составов электролита от обрабатываемого материала. Кроме того, для электрохимического полирования применяются агрессивные дорогостоящие, электролиты, требующие специальных технологий по утилизации. Для электрохимического полирования алюминия в настоящее время применяют электролиты на основе ортофосфорной кислоты, а также смесь соляной кислоты с уксусным ангидридом. Электролиты при электрохимическом полировании алюминия требуют подогрева до температуры 60 – 90 °С. Обработка при таких температурах наносит значительный вред окружающей среде и производственному персоналу. В результате исследования влияния характеристик импульсов на характеристики поверхности обрабатываемых материалов в процессе импульсного биполярного электрохимического полирования установлено, что полирование алюминия и алюминиевых сплавов может быть осуществлено в электролитах для полирования медных сплавов и коррозионностойких сталей. Для этого продолжительность положительных и отрицательных импульсов должна составлять около 0,1 мс. Разработанные электролиты состоят из смеси ортофосфорной и серной кислот, а также из смеси ортофосфорной кислоты и глицерина. Обработка выполняется при комнатной температуре. Плотность тока при обработке составляет 0,4 – 0,6 А/см2. Таким образом в результате выполнения работы разработан ряд универсальных электролитов для электрохимического полирования, не содержащих соединений хрома (VI), позволяющих снизить экологическую опасность процесса электрохимического полирования. Наиболее целесообразно применение разработанной технологии для обработки поверхности изделий из технического алюминия и деформированных сплавов на его основе, типа АД, Д16, АМГ, АМЦ с целью последующего оксидирования или нанесения гальванических покрытий. УДК 621.793 Разработка импульсного биполярного источника питания для электрохимической обработки Нисс В.С., Сорока Е.В., Сенченко Г.М. Белорусский национальный технический университет В последнее время в промышленности появилась тенденция использования методов электрохимической обработки, основанных на применении милли- и микросекундных импульсов вместо постоянного тока. Исследования показали, что процессы, связанные с анодным растворением и пассивацией, развиваются не сразу, а с различной динамикой в микро- и 374 миллисекундном диапазоне времен. Для исследования влияния временных параметров импульсов тока, а также длительности пауз между ними, на характеристики поверхности деталей из различных металлических материалов при ЭХО разработан специальный источник питания, обеспечивающий возможность регулирования частоты, длительности положительного и отрицательного импульсов, а также длительности пауз между ними в достаточно широком диапазоне. Разработанный источник питания позволяет формировать импульсы тока до 40 А обоих полярностей и способен регулировать их длительность в диапазоне от 10 мкс до 0,9 с, при возможности регулировки соотношения длительности импульсов и пауз от 1 к 1, до 1 к 9. Например: длительность положительного импульса – 90 мкс, длительность паузы после него – 50 мкс, длительность отрицательного импульса – 10 мкс и длительность паузы между отрицательным и положительным импульсом – 10 мкс. Конструктивно источник питания состоит из двух одинаковых независимых источников положительного и отрицательного напряжения, и блока управления. Регулировка выходного напряжения источников осуществляется с помощью автотрансформатора, подключенного до выпрямителя. Блок управления источником питания отвечает за формирование импульсов положительной и отрицательной полярности. Разработанный биполярный импульсный источник питания был испытан в ряде экспериментов по электрохимическому полированию образцов из коррозионностойкой и низкоуглеродистой стали, медных и алюминиевых сплавов. В результате испытаний установлены особенности обработки, на возникновение которых влияют временные характеристики импульсов тока, или время паузы между ними. Создание источника питания с микросекундным диапазоном изменения временных параметров импульсов тока, открывает широкие возможности для разработки и исследования принципиально новых процессов обработки в электролитах, как с целью полирования поверхности, так и с целью нанесения покрытий. УДК 621.77 Разработка процессов формообразования ультразвуковых концентраторов-волноводов трубчатого типа переменного сечения Королёв А.Ю., Алексеев Ю.Г., Паршуто А.Э. Белорусский национальный технический университет В качестве альтернативы существующим дорогостоящим и травматическим процедурам устранения непроходимости магистральных артерий предложен метод разрушения внутрисосудистых образований – ультразвуковая реканализация. Метод основан на применении 375 ультразвукового оборудования, основным компонентом которого является ступенчатый концентратор-волновод трубчатого типа, обеспечивающий возможность подачи жидкости в зону обработки через внутреннюю полость. Концентратор-волновод состоит из трубки ступенчатой формы, узла крепления и разъёма для подключения магистрали подачи или аспирации жидкости. Длина рабочей части концентратора-волновода достигает 635 мм, диаметр ступеней – 1,5 мм, 1,3 мм и 1,0 мм. Диаметр внутренней полости – от 0,5 до 1,0 мм. В результате выполнения работы разработаны и исследованы процессы формообразования поверхностей трубчатого элемента концентратора-волновода. Установлены маршруты, позволяющие выполнять безобрывное волочение с сохранением исходной толщины стенки и обеспечивающие высокие прочностные и акустические характеристики концентраторов-волноводов. Для устранения кривизны заготовки после волочения выполнялась правка в роликовом правильном устройстве.Получение сферического наконечника на ступенчатой заготовке выполняется в две операции: раздача трубки в форму конуса на угол и длину будущего сферического наконечника и вальцовка наконечника для придания ему сферической формы. Установлено, что для формирования сферического наконечника диаметром 1,35 мм из трубки диаметром 1,0 мм требуется предварительная раздача в форму конуса с диаметром большего основания 1,45 мм. Для выполнения этой операции необходимо использование конических пуансонов трёх типоразмеров. Для завальцовки конуса в выпуклую сферическую форму используется матрица с требуемым радиусом закругления (0,65 мм). При этом осевое перемещение матрицы выполняется с таким условием, чтобы в сферическом наконечнике оставалось центральное отверстие диаметром 0,5 мм. Боковые отверстия в сферическом наконечнике формируются методом электрохимической прошивки. По результатам исследований установлены режимы обработки обеспечивающие получения боковых отверстий диаметром 0,3 мм: материал электрода – медь, напряжение – 17 В, скорость перемещения электрода – 20 мкм/с. УДК 621.732.1 Измерение температуры нагрева изделий в процессе вакуумно-плазменной обработки Иванов И.А. Белорусский национальный технический университет В процессе упрочняющей обработки поверхности сталей и сплавов потоком низкотемпературной титановой плазмы их поверхность нагревается до 400°С и выше. Данный нагрев влияет на свойства готовых 376 изделий (например, отпуск металлорежущего инструмента). Ранее на модельных системах проведены расчеты тепловых полей в подложке, формируемых в процессе плазменной обработки. Однако важным остается разработка простой методики измерения температуры поверхности изделия в процессе нанесения покрытий или ее ионной очистки. Цель данной работы - представить доработанную методику термопарного измерения температуры поверхности подложки в процессе плазменной обработки. Образцы из стали 45 обрабатывали направленным потоком низкотемпературной титановой плазмы в вакууме (давление остаточного газа менее 10-3 Па). Ток дугового разряда от 45 до 70А. Отрицательный потенциал смещения подаваемый на подложку варьировали от ОВ до 1кВ и не отключался в момент измерения температуры. Предварительно тарированная в лабораторной печи хромель- алюмелевая термопара зачеканивалась в образец на расстоянии 3,5 мм от поверхности. Измерения термо- ЭДС проводили с помощью вольтамперметра М2018, показания которого сравнивали с показаниями вольтметра ПП-63. Измерительный прибор дополнительно изолировали, что позволило измерять температуру подложки при поданном на нее ускоряющем потенциале. Стальные образцы располагали в центре вакуумной камеры на оси испарителя и теплоизолировали от подложкодержателя при сохранении электрического контакта с ним. Представлена электрическая схема подключения измерительной аппаратуры, позволяющая получать значения температуры поверхности изделия в режиме реального времени. Получены кривые изменение температуры подложки в ходе процесса формирования покрытия, ионной очистки поверхности и охлаждения. УДК 621.7 Электролитно-плазменная (эпо) обработка каналов в медицинских инструментах Качанов И.В., Кособуцкий А.А., Королёв А.Ю. Белорусский национальный технический университет Существующие способы очистки и стерилизации каналов в медицинских инструментах, таких как лапороскопические инструменты, пункционные иглы и др., трудоёмки и недостаточно эффективны. Способ ЭПО эффективно используется при финишной обработке каналов малого диаметра в деталях из металлов и сплавов (патент Республики Беларусь № 13712) и может быть 377 применён для обработки каналов и полостей малого диаметра в медицинских инструментах. Одним из медицинских инструментов, предстерилизационная обработка канала которого представляет значительные трудности, является сменный направитель биопсийной иглы (рисунок 1). Рисунок 1 – Набор сменных направителей Рисунок 2 – Устройство для ЭПО каналов в медицинских инструментах Сменный направитель, изготовленный из стали 12Х18Н10Т, представляет собой трубчатый стержень обеспечивающий наведение биопсийной иглы на исследуемую область. Учитывая особенности использования направителей для обработки каналов предложена технология ЭПО. Разработано устройство (рисунок 2), которое состоит из верхней плиты 1, изолятора 2 и нижней плиты 3, герметично соединённых между собой. В отверстии 4 верхней плиты 1 установлен сменный направитель 5 зафиксированный на плите 1 с помощью поворотного прижима 6 и уплотнителя 7. На верхней плите установлен предохранительный клапан 8 и заливной вентиль 9. В полости устройства установлен нагреватель 10, объём полости на половину заполнен 6% раствором сернокислого аммония. Включается нагреватель и подаётся напряжение 260–300 В постоянного тока. Ионизированный пар с высокой скоростью перемещается по каналам направителей и производит их эффективную обработку и очистку. Продолжительность обработки составляет 15–30 мин., что в 3–5 раз повышает производительность процесса обработки каналов. УДК 621.791. Изучение влияния нано- и ультраразмерных частиц на сварочно-технологические свойства покрытых электродов Урбанович Н.И., Игнатович З.В.* Белорусский национальный технический университет Институт сварки и защитных покрытий ОХП ГНУ ИПМ* В работе ставили задачу изучения сварочно-технологических свойств покрытых электродов за счет использования в покрытии нано - и ультрадисперсных частиц. 378 Носителями таких частиц являлись отходы производства: отработанный полиэтиленгликоль (ПЭГ-200), применяемый при распиливании слитков полупроводникового кремния и содержащий ультрадисперсные частицы Si иSiC; отход выбивки фильтров при производстве чугуна, в котором содержится ультрадисперсныйMgO; отсевы модификаторов марок: МС, содержащий ультрадисперсные частицы оксидов Ti, Sr, Nb на основе криолита, L-cаst, -карбонаты Ca, Ba, Sr, K; Pc-7, - ультрадисперсные частицы в виде SiCa, SiBa, SiSr на кремниевой основе; доломит ультрадисперсный и наноструктурированная белая сажа (SiO2) марки 120. Для проведения экспериментов использовали стандартные электроды марки УОНИ 13/55 (ГОСТ9466-75) диаметром 2,5 мм, на покрытия которых со связующим тонким слоем наносили вышеуказанные отходы в количестве 2-3% от массы покрытия электрода. Перед проведением испытаний электроды прокаливали при температуре 350ºС в течение 1,5 часов. Исходным электродом для сравнения служил стандартный электрод этой же марки. Сварку выполняли в нижнем положении на постоянном токе обратной полярности, при этом сварочный ток составлял 50А. Наложение валика производили на стальную пластину. Сварочно-технологические свойства оценивали по пятибалльной системе согласно показателям по РД 03-613-03. Анализ результатов исследований показал, что самые высокие баллы по сварочно-технологическим свойствам получили электроды, на поверхность покрытия которых наносили следующие отходы производства: отсевы модификаторов марки РС-7, L-саst, отработанный полиэтиленгликоль (ПЭГ- 200), а также ультрадисперсный доломит. Таким образом, проведенные эксперименты показали, что использование вторичных ресурсов, содержащих нано-и ультрадисперсные частицы в покрытии электродов позволило повысить их сварочно-технологические свойства по сравнению с серийными. УДК 669.112 Влияние последующей термической обработки на механические свойства высокопрочного чугуна, прошедшего горячее пластическое деформирование Урбанович Н.И., Григорьев С.В., Горецкий Г.П.* Белорусский национальный технический университет Физико-технический институт НАН Беларуси* Одним из перспективных путей улучшения свойств чугунов является горячее пластическое деформирование в сочетании с эффективными методами термической обработки. Из многочисленных видов термической 379 обработки чугунного литья наибольшее применение получили: нормализация, закалка, закалка + отпуск, а также изотермическая закалка на бейнит. В данной работе исследовали влияние вышеуказанных видов термообработки на структуру и свойства деформированного высокопрочного чугуна (ВЧ). Режим нормализации и закалки заключался в нагреве образцов в печи до 950 ºС с выдержкой 1 час и последующем охлаждении на воздухе и воде соответственно. Отпуск закаленного чугуна проводили при 200 ºС в течении 2 часов. Изотермическую закалку ВЧ, подвергшегося деформированию при температуре 950 - 1000°С, проводили сразу путем погружения образцов в емкость с расплавленным свинцом, имеющим температуру 350 °С, при этом изотермическая выдержка составляла 2 часа. Микроструктура металлической матрицы деформируемого ВЧ после изотермической закалки характеризуется наличием бейнита и остаточного аустенита (светлая фаза) (Рис.1). Рисунок 1 - Микроструктура деформированного ВЧ после изотермической закалки Анализ результатов исследований показал, что оптимальное сочетание прочностных и пластических свойств позволила обеспечить изотермическая закалка. При этом предел прочности повысился с 690 МПа до 1230 МПа, относительное удлинение с 4,4 до 6,2 %. 380 Обработка материалов давлением УДК 621.771 Технология получения тонкостенной композиционной втулки «сталь-порошковая бронза» с последующим газопламенным напылением слоя фторопласта Белявин К.Е., Белый А.Н. Белорусский национальный технический университет Известно, что выбор материалов для работы узлах трения зависит от конструкции, условий эксплуатации. В настоящее время, существует большая потребность в тонкостенных двухслойных материалах (отношение толщины стенки втулки к ее наружному диаметру 0,025– 0,045) компактная стальная основа – порошковый антифрикционный слой. Коэффициент трения таких материалов 0,07 – 0,1. Однако, для чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли и т.д.), немаловажным фактором является отсутствие жидких смазок. Поэтому предложено в качестве смазочного материала использовать полимер (фторопласт-3М), т.к. он является биологически и химически инертным материалом, имеет низкий коэффициент трения по стали (0,03–0,05), способен работать в диапазоне температур от – 250°С до 300°С. Для напыления полимера на образцы со спеченным порошковым слоем использовался термораспылитель, разработанный в ОИМ НАН Беларуси, предназначенный для ручного нанесения полимерных покрытий из порошковых материалов методом газопламенного напыления. В качестве исходного материала использовали порошок фторопласта-3М со средним размером частиц 150 мкм. К особенности применяемого термораспылителя относится возможность контролируемого изменения плотности теплового потока факела, что позволяет наносить покрытия из полимеров с различной температурой плавления. Для формирования готового изделия, с требуемыми характеристиками пористого антифрикционного слоя, было разработано устройство, совмещающее операции прокатки спеченной композиции и ее гибки. Проведенные исследования показали, что в антифрикционном порошковом слое по всей толщине наблюдается сквозная пористость. После газопламенной обработки поры равномерно заполняются полимером. Коэффициент трения образцов составил 0,014 – 0,016, что соответствует требованиям, предъявляемым к антифрикционным материалам на основе бронзы. Полученное значение на 60% ниже коэффициента трения образцов без пропитки. 382 УДК 620. 4539. 37 Технология скоростного горячего выдавливания биметаллического стержневого инструмента для горячей штамповки Качанов И.В., Шарий В.Н., Власов В.В. Белорусский национальный технический университет Острой проблемой в промышленном производстве являются быстрый износ и поломки штампового инструмента, испытывающего большие темосиловые и износные нагрузки. Традиционные способы упрочняющей обработки такого инструмента исчерпали ресурс повышения его прочности и надежности. В этой связи новые возможности открывают способы совмещенного деформационного и термического упрочнения, которые позволяют интенсифицировать физико-химические процессы за счет использования природы материалов и особенностей протекания скоростного горячего выдавливания (СГВ), осуществляемого в режиме ВТМО. Использование скоростных процессов объемного формоизменения, особенно в части изготовления биметаллических стержневых деталей штамповой оснастки, следует считать перспективным направлениям современной металлообработки. Благодаря ряду преимуществ (благоприятное действие сил инерции, снижение сил контактного трения), процессы скоростного формоизменения, особенно скоростное горячее выдавливание (СГВ), создают благоприятные условия для обработки малопластичных и труднодеформируемых материалов. Особенно эффективным для современных условий хозяйствования следует считать уникальную возможность получения биметаллического стержневого инструмента на основе использования эффектов скоростного формоизменения. В БНТУ разработан техпроцесс создания биметаллического стержневого инструмента, предназначенного для осуществления операций горячей и холодной штамповки. В результате проведенных исследований установлены закономерности и технологические особенности соединения разнородных материалов с образованием прочных связей за счет синхронного скоростного пластического течения в условиях горячей деформации двух материалов в осевом направлении, реализуемого при начальных скоростях деформирования 65-85 м/с, с увеличением контактирующих площадей не менее чем в два раза, с приложением сжимающей нагрузки на поверхности контакта и обеспечением адиабатных условий (за счет высокой скорости деформации) реализации процесса пластического течения. 383 УДК 621.7:658.12; 621.9:658.12 Методика исследования деформаций при поперечной прокатке Давидович А.Н. 1, Лемеза А.Г. 1, Давидович Л.М. 2, Мазуренок А.В. 2 УП «Физико-технический институт НАН Беларуси» 1 Белорусский национальный технический университет2 Для исследования формоизменения при поперечной прокатке использовали метод координатной сетки, которую наносили на торцевую поверхность образца. Деформация образца осуществлялась на установке, представляющей собой миниатюрную прокатную клеть (рисунок 1), состоящую из корпуса 1 и ползуна 2, которые составляют между собой клиновую пару. При этом ползун 2 перемещаясь вдоль корпуса 1 за счет клина, имеет возможность изменять расстояние между ползуном 2 и опорной поверхностью корпуса 1. В боковых стенках корпуса 1 выполнены два окна, расположенные оппозитно друг к другу. С одной стороны установки размещен лучевой источник света 3, который освещает межоконное пространство прокатной клети. С другой стороны устройства размещена фиксирующая камера 4. Рисунок 1- Макет устройства для исследования формообразования при поперечной прокатке В корпусе прокатной клети устанавливался полиуретановый образец 5 с нанесенной координатной сеткой. С обеих сторон образца 5 размещены прозрачные вставки 6 из оргстекла, назначение которых состоит в предотвращении осадки образца 5 в поперечном направлении – т.е. сохранять условия плоской задачи при поперечной прокатке. Разработанная методика использовалась для исследования прокатки малопластичных материалов. 384 УДК 621.7:658.12; 621.9:658.12 Особенности прокатки сталей с ограниченной пластичностью Давидович А.Н. 1, Лемеза А.Г. 1, Давидович В.А. 1, Давидович Л.М. 2 УП «Физико-технический институт НАН Беларуси» 1 Белорусский национальный технический университет2 Проведенные эксперименты позволили получить новые объективные результаты по влиянию степени обжатия на развитие пластической деформации в осевой зоне прокатываемой заготовки. Было установлено, отсутствие искажения координатной сетки, а значит и пластических деформаций на оси вплоть до значения δ=1,035. На рисунке 1 графически представлена зависимость накопления степени сдвиговых деформаций в осевой зоне образца от степени обжатия, полученной образцом. Из этого графика видно, что с увеличением степени обжатия после значения δ=1,1, накопление степени деформации сдвига происходит более интенсивно. После значения δ=1,2 из прямолинейной зависимости график λ=f(δ) принимает параболическую форму. Рисунок 1 - Накопление степени деформации сдвига λ в зависимости от степени обжатия δ при поперечной прокатке в центральной части заготовки Поэтому особенностью деформирования сталей с ограниченной пластичностью, для предотвращения разрушения от накопленных деформаций, является необходимость соблюдения степеней обжатия на переходах прокатки до значений δ=1,2. 385 УДК 621.771.63 Технология получения длинномерных трубчатых изделий малого диаметра из ленты Петрусевич М.А., Карпицкий В.С. Белорусский национальный технический университет Разработанная технологическая схема получения длинномерных трубчатых изделий малого диаметра из ленты, включающая гибку (свертку) плоской заготовки в трубку, редуцирование и её калибровку, реализована в предполагаемом комбинированном способе формообразования трубок из ленты путём одновременной свёртки и волочения через одну или несколько волок. Рисунок 1 – Схема очага деформации при комбинированном способе формообразования трубок малого диаметра из ленты: 1- зона внеконтактной деформации; 2 – зона сварки; 3 – зона безправочного волочения (редуцирования); 4 – зона калибровки Как показано на рисунке 1, свертка исходной заготовки (ленты) осуществляется на входном участке обжимающей части волоки, протяжённость которой зависит от диаметра трубки и составляет не менее 2/3 её длины. После того как трубка сформируется, происходит безоправочное редуцирование с определённой степенью деформации, обеспечивающей качественное стыковое соединение. С целью получения точных размеров отрезаемых полос из ленты, изготовлены многодисковые ножницы. Разработанная конструкция ножниц позволяет производить одновременную резку нескольких лент толщиной 0,15 – 0,5 мм, а также обрезку лент по ширине на заданный размер. 386 УДК 621.7.043 Особенности получения полос из круглого прутка Ленкевич С.А., Иваницкий Д.М. Белорусский национальный технический университет Технологии изготовления приспособлений для лечения ортопедотравматологических больных требуют использования заготовок в виде полос с заданными геометрическими параметрами. Для обеспечения требуемой геометрии, особенно формы боковых кромок, такие полосы целесообразно получать плющением круглого прутка. При анализе процесса осадки примем, что в момент начала пластического течения в указанном участке исходное круговое сечение приобретает форму усеченной части эллипса. Уравнение эллипса ( ) ( )2 2 2 2 1x a y b+ = в обозначениях, принятых на рисунке 1, можно представить как ( ) ( )2 2 2 2 1kr R h b+ = , (1) где h и kr - новые переменные; b - большая полуось эллипса. Поскольку при 0y = , a R= , при y h= , kx r= . Полуось эллипса h , с учетом выражения (1) ( )( ) ( ) ( )( )2 2 2 2 2/ 2 1 1 arcsin 1k k kh R r R r R r bπ= − − + Уравнение для расчета зависимости ширины прокатной из прутка полосы от ее толщины 1 1 1 1 21 lnxH H y y H f l h B B h h h f f h h = + + + − ∆          , (2) Изменение конечной ширины прокатных из прутка полос рассчитывали для диаметра 10 мм. Для упрощения расчетов принимали x yf f= . При этом в отсутствии смазки 0,15f = . Эксперименты проводили прокаткой без смазки прутка диаметром Рисунок 1 - Изменение свободной поверхности кругового сечения 387 10 мм в гладких валках радиусом 100 мм. Для получения требуемых размеров поперечного сечения полосы круглый пруток диаметром 10 мм обжимался за 2 прохода. УДК 621.983.321/324 Разработка теоретических и технологических основ изготовления обработкой давлением полых тонкостенных двухслойных изделий Любимов В. И. Белорусский национальный технический университет Целью работы являлось проведение теоретического анализа механизма деформирования плоских двухслойных составных заготовок из листового проката при изготовлении полых двухслойных изделий методом комбинированной вытяжки. В работе было проанализировано влияние на процесс деформирования двухслойных заготовок таких факторов как соотношение механических свойств материалов слоев при различном расположении мягкого и твердого слоя в изделии, соотношение толщин слоев в заготовке, анизотропия механических свойств материалов составной заготовки, действие сил межслойного и контактного трения с инструментом, коэффициент упрочнения материалов составной заготовки. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований были определены критерии оценки качества двухслойных изделий, изучен механизм деформирования составных заготовок, установлены основные закономерности процесса и причины неравномерной послойной деформации при комбинированной вытяжке полых двухслойных изделий, разработан и обоснован ряд технологических схем изготовления полых двухслойных изделий из составных заготовок, произведена оценка возможностей предложенных схем, разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов и конструированию инструмента. Качество полых двухслойных изделий определяется не только заданным соотношением и равномерностью толщин слоев, но и прочностью их соединения. Требуемая прочность соединения слоев может быть достигнута за счет создания замковых соединений в результате заполнения материалом мягкого слоя локальных углублений в твердом слое, как при совместном, так и послойном деформировании слоев. Выявленные закономерности позволили разработать целый ряд технологических схем, позволяющих изготовлять двухслойные изделия полые и сплошные, со слоями из металла и порошковых композиций, с внутренним и наружным расположением мягкого слоя, с любым 388 требуемым сочетанием материалов, соотношением толщин, прочностью соединения слоев, с равномерной толщиной слоев, как по длине, так и периметру поперечного сечения. При этом получение двухслойных изделий возможно путем совместного и послойного деформирования слоев. УДК 621.771.63 Технологические основы пластического формообразования полос переменной толщины с изгибом концевого участка Исаевич Л.А., Нестерович М.Л. Белорусский национальный технический университет В настоящее время большое внимание уделяется импортозамещению. Так, Белорусская железная дорога закупает на предприятиях Украины и России чеку тормозной колодки. В НИИЛ ОМД БНТУ была разработана технология изготовлению чеки тормозной колодки, заключающаяся в прокатке полосы переменной толщины совместно с изгибом концевого участка по схеме указанной на рисунке 1. Нагретую заготовку 1 размещают на калибрующей оправке 2 и зажимают кулачком 3. Калибрующая оправка затягивается приводными валками 4 в зазор между ними, причем верхний валок изгибает и укладывает заготовку 1 на оправку 2 и прокатывает переменный профиль. Затем отжимают кулачок 3 и снимают заготовку переменного по длине профиля с оправки. Снижение уширения достигается натяжением заготовки в момент прокатки, что в свою очередь обеспечивается рассогласованием скоростей движения валка и калибрующей оправки. Предельный момент прокати находится по формуле, при критическом угле 𝛾1 = 0: 𝑀1 𝑚𝑎𝑥 = 𝜏𝑐𝑏𝑐𝑅12𝛼1 , где 𝜏𝑐 = 𝜎т2 ; 𝑏𝑐 – ширина полосы; 𝑅1 - радиус верхнего валка; 𝛼1 – угол прокатки при максимальном обжатии полосы. Рисунок 1- Схема прокатки переменного профиля с рассогласованием скоростей деформирующего инструмента 389 Момент, передаваемый от валков к оправке равен: 𝑀тр = 2𝑃𝑓 , где P – усилие, действующее со стороны валков на оправку. Процесс прокатки возможет при 𝑀тр > 𝑀1 𝑚𝑎𝑥 , в противном случае необходимо приложить дополнительное усилие T к оправке. УДК 621.983.4 Оптимизация технологического процесса изготовления сильфонных трубок-заготовок с использованием ротационной вытяжки Шиманович И.М. Белорусский национальный технический университет Целью настоящей работы является разработка более рационального технологического процесса получения трубок-заготовок для производства сильфонов. При производстве сильфонов в качестве заготовок могут использоваться штучные заготовки из передельных труб, получаемых прокаткой или волочением. В дальнейшем эти заготовки подвергают ротационной вытяжке в матрицах планетарного типа. Примером вышесказанного может служить технологический маршрут изготовления заготовок для сильфонов 20×10×0,12–1–12Х18Н10Т и 20×10×0,08-1-12Х18Н10Т, который выглядит следующим образом: ø16 → ø14-0,4 → 0,25 → 0,12 и ø16 → ø14-0,4 → 0,25 → 0,16 → 0,08. При этом в качестве исходной заготовки используется передельная трубка диаметром 16 мм, полученная на стане ХПТР. Для достижения необходимого наружного диаметра в 14 мм заготовку предварительно подвергают ротационной вытяжке с уменьшением диаметра, а затем проводят ротационную вытяжку с утонением стенок. С учетом термических и гальванических обработок технологический процесс изготовления трубок-заготовок для сильфона 20×10×0,08-1-12Х18Н10Т состоит из 34 операций, включающих 4 операции ротационной вытяжки (для сильфона 20×10×0,12–1–12Х18Н10Т из 36 операций – 3 ротационной вытяжки). Анализируя существующий технологический процесс, установлена возможность применения комбинированной ротационной вытяжки, где наряду с преднамеренным утонением стенок, можно производить значительное уменьшение диаметральных размеров заготовки. 390 Предлагаемый процесс реализуется в многорядных шариковых (роликовых) планетарных матрицах, первый ряд деформирующих элементов которых производит лишь уменьшение диаметральных размеров заготовки. Использование таких устройств позволяет сократить число операций при изготовлении трубок-заготовок для сильфонов 20×10×0,12–1–12Х18Н10Т и 20×10×0,08-1-12Х18Н10Т на 9 единиц. УДК 621.983.4 Особенности изготовления тонкостенных сильфонных трубок-заготовок Шиманович И.М., Шиманович О.А. Белорусский национальный технический университет Высокоточные тонкостенные цилиндрические оболочки как с глухим дном, так и открытые с обеих сторон широко используются в конструкциях приборов и агрегатов машиностроительной техники. Особое место в семействе указанных тонкостенных оболочек занимают трубки, применяющиеся в качестве заготовок для сильфонов. Металлические сильфоны используются в качестве упругих чувствительных элементов в приборах различного назначения, выполняют функции компенсаторов тепловых расширений трубопроводов, разделителей сред, герметичных уплотнителей и др. Они являются весьма ответственными элементами разнообразных устройств, срок службы и надежность сильфонов, как правило, определяет срок службы и надежность приборов в целом. Этим объясняется то внимание, которое уделяется в настоящее время вопросам совершенствования технологии и повышения качества производства сильфонов. К сильфонам, применяемым в качестве упругих чувствительных элементов, предъявляются высокие требования по точности функциональных параметров: жесткости, циклопрочности, эффективной площади. Эксплуатационные характеристики формуемых сильфонов обусловливаются в основном качеством получаемых трубок-заготовок, технологический процесс изготовления которых состоит из десятков операций (в среднем до 45). Использование заготовок полученных многооперационной вытяжкой из плоской заготовки или тонкостенных труб полученных прокаткой или волочением затруднительно, а часто и невозможно. Это связано с имеющейся у них разностенностью, анизотропией свойств материала, неоднородностью его химического состава, разброса твердости в результате термообработки и целого ряда других моментов вызывающих разнопрочность исходных заготовок (как 391 по длине так и по диаметру). Как следствие, низкие эксплуатационные характеристики сильфонных трубок-заготовок сказываются на обеспечении конечных характеристик готового изделия – сильфона. В условиях производства обычно отрезают часть трубки с разнотолщинностью превышающей 10%. В результате коэффициент использования металла снижается до 30 – 35%, а планируемый брак на сильфонных заводах достигает иногда 50%. УДК 621.771.2 Моделирование процесса прокатки полосовых заготовок переменной толщины с локальным изгибом из прутка Исаевич Л.А., Иваницкий Д.М. Белорусский национальный технический университет По предложенной технологической схеме производится предварительная обработка заготовки, а именно осуществляется обжим концов прутка согласно эскиза (рисунок - 1). Диаметры исходных заготовок для чеки исполнений 1 и 2 были подобраны расчетным путем. По первой схеме формообразование чеки исполнения 1 из круглого прутка производили прокаткой в двух гладких валках на оправке с продольным пазом, повторяющим профиль готового изделия. При проведении моделирования подбирали длину исходной заготовки, при которой произойдет полное заполнение рабочего ручья. Результаты моделирования представлены на рисунке 2, размеры исходной заготовки 20 185d l× = × мм. Рисунок 2 - Результаты компьютерного моделирования Рисунок 1 - Эскизы профилированных заготовок 392 По результатам моделирования формообразования чеки исполнения 2 определили размеры исходной заготовки 17 240d l× = × мм. Основными недостатками первой схемы формообразования являются искажение формы готового изделия и образование заусенца на боковых кромках в местах наибольших обжатий. Результаты моделирования прокатки по второй схеме (Рис.2) и размеры исходной заготовки 20 175d l× = × мм для исполнения 1 и для исполнения 2 - 17 235d l× = × мм. УДК 621.771.012 Исследование процесса формообразования конического зубчатого колеса сферодвижной штамповкой (СШ) Качанов И.В., Кудин М.В., Ленкевич С.А., Стадник В.В. Белорусский национальный технический университет Технологии и конструкция пресса для сферодвижной штамповки обеспечивает одноступенчатый процесс пластической деформации, т.е. за один ход ползуна пресса осуществляется операция деформации. Данная деформация достигается благодаря циклам сферодвижного пресса представленным на рисунке 1. Рисунок 1 – Циклы СШ конического зубчатого колеса Вся верхняя часть штампа встроена в сферическую головку и поддерживается гидравлическим зажимным устройством. Нижняя часть штампа встроена в стол пресса и крепится гидравлическим зажимным устройством. Нижний выталкиватель крепится специальным устройством и может также использоваться как опция для формования внутренней части заготовки в ходе процесса прессования. Наличие такой последовательности циклов штамповки ведет к сокращению технологического цикла СШ, возможности автоматизации, а 393 также возможности обработки кольцевых заготовок, что предоставляет дополнительные технологические преимущества. Процессы СШ имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными методами штамповки: - получение деталей сложного профиля без нагрева - значительное снижение силы деформирования до 20…25 раз; - получение поковок с большим отношением диаметра к высоте (более 20); - расширение области рационального использования холодных деформационных процессов для получения точных заготовок и готовых изделий, при этом существенно снижается материалоемкость производства и уменьшается объем механической обработки. УДК 621.774 Исследование силовых параметров процесса формообразования сферообразных оболочек с использованием жесткого деформирующего инструмента Карпицкий В. С., Карпицкий Ю. В. Белорусский национальный технический университет Изготовление сферообразных оболочек с более сложной конфигурацией их боковых поверхностей возможно с использованием жесткого составного деформирующего инструмента, в конструкции которого для формоизменения трубной заготовки используют разжимной секционный пуансон с рабочими поверхностями соответствующими профильной боковой образующей получаемого изделия. В процессе деформирования полой заготовки в зависимости от формы наружной поверхности изделия в материале заготовки под действием осевого усилия и усилия, передаваемого секциями разжимного пуансона на внутреннюю стенку заготовки, возникают осевые и тангенциальные напряжения. Поскольку внешняя поверхность заготовки в процессе раздачи не нагружена, а удельное усилие, передаваемое секциями пуансона, при относительно тонкостенной заготовке мало по сравнению с напряжением текучести, можно считать, что напряженное состояние элемента заготовки в зоне пластической деформации близко к плоскому, поскольку при относительно малом удельном усилии удельные силы трения им пропорциональны. На этом основании условие пластичности может быть записано в виде 𝜎𝜃 = β𝜎𝑠. Совместное решение обобщенного уравнения равновесия 394 элементарного объема материала заготовки в зоне пластической деформации и условия пластичности позволяет определить деформирующее усилие Pp, необходимое для формоизменения заготовки 𝑃𝑝 = 2𝜋𝛽𝜎𝑠𝐻𝑆(𝑡𝑔𝛼 + µ). Полученная зависимость учитывает, как технологические параметры инструмента и заготовки, так и физико-механические свойства материала и условия его деформирования. УДК 621.771.013 Влияние параметров процесса сферодвижной штамповки на стойкость формообразующего инструмента Качанов И.В., Кудин М.В., Стадник В.В. Белорусский национальный технический университет В процессе сферодвижной штамповки главную работу деформирования выполняет сферодвижный механизм. Основное назначение сферодвижного механизма состоит в том, что он сообщает исполнительному звену совместно с пуансоном пространственно - сферическое колебание вокруг заданного центра. В этом центре пересекаются осевые линии исполнительного звена, пуансона и заготовки, а также две главные оси кинематических пар, образующих этот механизм. Кинематика исполнительного звена обладает сложной характеристикой, так как в различных точках этого звена скорость, ускорение и траектория колебания не одинаковы. Точки рабочей поверхности пуансона совершают цикличное волновое колебание вокруг центра, при этом воздействие пуансона на металл заготовки происходит в локальной зоне. Отклоненная от вертикали на небольшой угол γ (угол прецессии) ось водила бойка описывает коническую поверхность вокруг вертикальной оси; при этом водило не вращается вокруг собственной оси и пуансон получает не вращательное, а круговое качательное движение. Вершина конуса, описываемого вращением оси водила совпадают с вершиной конусной части деформирующего валка. Торцевая часть пуансона непрерывно перекатывается по поверхности деформируемой заготовки, установленной в матрице, образуя в каждый момент сосредоточенный очаг деформации. Ввиду этого нагрузка на деформируемую заготовку прикладывается не по всей торцевой поверхности одновременно, как при осадке плоскопараллельными бойками, а по значительно меньшей поверхности. 395 Осадка заготовки осуществляется за несколько оборотов пуансона. При этом за каждый оборот деформируются определенные участки заготовки определенным участком качающегося пуансона. Такой способ деформирования заготовки обуславливает появление неоднородности распределения знакопеременных напряжений по объему деформированной заготовки и формообразующего инструмента, что повышает требования к стойкостным характеристикам и термообработки легированных сталей, из которых изготовлен формообразующий инструмент. 396 Материаловедение в машиностроении УДК 539.2+539.3 Опыт выполнения и защиты магистерских диссертаций на кафедре в 2015 году Константинов В.М. Белорусский национальный технический университет В анализируемый период было продолжено совершенствование магистерской подготовки на кафедре. Успешно защищены 9 магистерских диссертаций. В настоящее время в магистратуре при кафедре обучается 8 магистрантов. Большинство из них – практико-ориентированная заочная магистратура по специальности 1-42 81 01. Следует отметить, что почти все профессора и доценты кафедры руководят магистерской подготовкой. Ежегодно 20…30% выпускников кафедры поступают в магистратуру. Тематика диссертаций, как правило, направлена на решение конкретных производственных задач по месту работы диссертанта. Так например, магистрантом Сосиновичем А.И. (рук. проф. Гурченко П.С.) выполнена диссертация «Исследование возможности изготовления шестерен из углеродистых сталей с упрочнением объемно-поверхностной закалкой с индукционного нагрева в условиях ОАО «МПЗ». Инженер Гомельского завода «СИиТО» Ильеня А.В. (рук. проф. Ситкевич М.В.) выполнил диссертацию «Исследование и производственное апробирование процессов ХТО для повышения стойкости инструмента заводской номенклатуры».Традиционная последовательность организации работы над магистерской диссертацией: 1. Подбор профессионально пригодного выпускника кафедры и мотивация его для выполнения магистерской диссертации. 2. Формирование плана приема в магистратуру. 3. Подбор тематики диссертации по профилю работы. 4. Выполнение и защита диссертации на кафедре с элементами практического внедрения. Для повышения эффективности взаимодействия с предприятиями предложен следующий алгоритм организации работы над магистерской диссертацией: 1. Подбор инженерно-технического сотрудника предприятия заводской кадровой службой. 2. Формирование тематики диссертационной работы по научно-производственной потребности завода. 3. Формирование плана приема в магистратуру по заявкам предприятий. 4. Выполнение диссертации при двойном руководстве: от предприятия и от университета. 5. Защита диссертации на предприятии. Результатом реализации предложенного алгоритма должно стать повышение эффективности выполнения диссертации и управляемый карьерный рост выпускника магистратуры для развития инженерного корпуса и обеспечения инженерной безопасности машиностроения. 398 УДК 536.46 Лабораторная универсальная установка индукционного нагрева Константинов В.М, Михлюк А.И., Дашкевич В.Г., Щербаков В.Г. Белорусский национальный технический университет В рамках сотрудничества с ГНУ «ФТИ НАН Беларуси» был реализован комплекс мероприятий связанный с созданием и разработкой научно- исследовательской индукционной установки обработки сталей и сплавов. Основные усилия были направлены на совмещение в разрабатываемом оборудовании реализации трех технологических процессов: наплавка, термоциклическая объемная обработка и поверхностная закалка. Созданная установка ФТИ-40/10-50 успешно эксплуатируется на базе научно-исследовательской лаборатории упрочнения стальных изделий БНТУ. Технические характеристики установки позволяют выполнять широкий спектр задач. Она позволяет обеспечивать следующие технологии термической обработки: нагрев деталей по заранее заданному программой режиму; одновременную закалку деталей с возможностью дозированного охлаждения и опережающего (до 1 с) включения охлаждения в процессе нагрева; непрерывно-последовательную закалку деталей с возможностью выдержки (до 3 с) в начале закалки; одновременный нагрев металла под оплавление с возможностью снижения мощности нагрева по заданной программе (после начала оплавления). Обеспечено вращение и перемещение детали относительно неподвижного индуктора в горизонтальной и вертикальной плоскости. Обеспечена возможность работы в широком диапазоне частот без дополнительной перестройке системы управления и силовой схемы. Система управления установкой обеспечивает контроль работы установки по заданным параметрам, отображение основных параметров работы установки в режиме постоянного мониторинга; управление, контроль протока и температуры охлаждающей воды; контроль мощности, контроль температуры нагрева заготовки от пирометра с цифровой индикацией. Таким образом, основными отличительными особенностями разработанной установки являются высокая степень автоматизации, наличие программной оболочки с возможностью эффективной работы с данными полученными от измерительных блоков установки и установочными данными, оригинальная конструкция привода и установки образцов позволяющая обеспечивать вертикальное и горизонтальное перемещение изделий. Существенным являются демонстрационные возможности установки для учебных задач в рамках проводимых курсов «Технология индукционного нагрева», «Теория и технология термической обработки» и др. для студентов-материаловедов и магистрантов БНТУ. 399 УДК 621.8 Искробезопасные термодиффузионные слои на сталях для работы в условиях трения и удара Ситкевич М.В., Дашкевич В.Г. Белорусский национальный технический университет Оценка некоторых эксплуатационных свойств термодиффузионных слоев сопряжена с большими трудностями. В частности, когда речь идет о таких специфических свойствах как искробезопасность слоев при условиях трения и удара. Отсутствие полноценных количественных и научно-обоснованных методов испытаний в этом направлении приводит к произвольному использованию качественных методов и, в конечном счете, к достаточно субъективным выводам и сложности сравнительного анализа. В научном плане при разработке эффективных составов искробезопасных материалов интересует, прежде всего, возможность количественной оценки и возможность имитации реальных условий эксплуатации (материал, форма контактирующих поверхностей, скорость взаимного перемещения, среда и прочее). Исследование искробезопасные термодиффузионных слоев для работы в условиях трения и удара различных покрытий проводились на установке модульного типа для реализации разных взаимодействий: в начале на модуле по оценки искрообразования при непрерывном трении об абразив, затем на модуле по оценке искрообразования при одинарных и чередующихся ударах о металлическую поверхность. На установке осуществляется фото- видеофиксация процесса искрообразования, в результате устанавливается балл искрообразования по специально разработанной шкале, которая обобщенно характеризует процесс искрообразования. Отличительная особенность шкалы – привязка к расчетной величине площади искрообразования выявленной на фотоснимке в начальный момент взаимодействия, что позволяет более объективно проводить оценку процесса и характеризовать испытываемые варианты материалов с диффузионными слоями и покрытия. По проведенным исследованиям икрообразования в различных вариантах взаимодействия установленно преимущество борсодержащих диффузионных слоев перед другими, такими как, алитированные, силицированные, цинковые слои. Из борсодержащих диффузионных слоев максимально низкое искрообразование (балл искроообразования – 0) показали бороалитированные и боросилицированные слои, полученные из комплексной среды однократной обработкой, а также борированные двухфазные слои. 400 УДК 621.794.61 Оксидные покрытия многофункционального назначения Соколов Ю.В.*, Паршуто А.А. Белорусский национальный технический университет* Физико-технический институт НАН Беларуси Алюминиевые сплавы используются в качестве конструкционных материалов в различных областях промышленности. Для придания требуемых функциональных свойств в большинстве случаев необходима модификация поверхностных слоёв деталей из сплавов алюминия или формирование на них защитных покрытий. Износостойкие, электроизоляционные, коррозионностойкие покрытия на изделиях из алюминиевых сплавов (корпусах часов, кольцах топливных насосов, заготовках печатных плат и др.) формируют методами анодирования или микродугового оксидирования (МДО). Однако существующие технологии анодирования и МДО имеют ряд недостатков: при анодировании необходима длительная обработка для получения пленок заданной толщины (десятки мкм) и использование специальных сплавов для достижения требуемых эксплуатационных свойств покрытий; при МДО – высока энергоемкость процесса и в связи с повышением шероховатости поверхности необходима дополнительная механическая обработка деталей. Кроме того, эти технологии не обеспечивают достижения специальных свойств, например: придания цветовой тональности деталей из наиболее применяемых марок сплавов алюминия АМг2 и Д16. Объединив технологии предварительной электролитно-плазменной обработки (ЭПО) и высоковольтного электрохимического оксидирования (ВВЭО) можно повысить эксплуатационные характеристики сформированных оксидных покрытий. На основе полученных закономерностей влияния режимов ВВЭО и ЭПО на функциональные свойства покрытий разработана комбинированная технология, позволившая снизить количество предварительных операций (обезжиривание, травление, осветление) перед формированием оксидных пленок. Данная технология обеспечивает формирование оксидных слоев толщиной до 70 мкм с микротвердостью до 8 ГПа, с параметром шероховатости Ra 0,15– 0,24 мкм. Технологический процесс применен для формирования коррозионно- и износостойких, декоративных оксидных слоев на изделиях электронной промышленности при конструировании мощных ламп светодиодной техники, гибридных микросборок на крупногабаритных подложках, объединяющих бескорпусные кристаллы (МКМ), деталях машиностроения, аэрокосмической отросли. 401 УДК 621.702 Технология термодиффузионного цинкования крепежных изделий Гурченко П.С., Булойчик И.А., Белорусский национальный технический университет Анализ термической обработки ряда деталей автотракторной техники показал, что перспективными для использования ТДЦ в качестве завершающей операции термической и антикоррозионной обработки являются не только упругие термоупрочняемые элементы, но так же ряд стальных деталей, изготавливаемых из конструкционных марок сталей. С учетом особенностей условий эксплуатации, наибольший интерес представляет обработка ряда крепежных элементов способом ТДЦ после предварительного термического упрочнения закалкой. На основании проведенного анализа номенклатуры крепежных элементов ОАО “МАЗ” для замены отпуска процессами термодиффузионного цинкования наиболее подходят крепежные элементы, изготовленные из нелегированных либо низколегированных марок сталей не склонных к отпускной хрупкости, отпускаемых по стандартной технологии при температурах, сопоставимых с температурами реализации стандартных режимов ТДЦ. На рисунке 1 представлено графическое представление режима окончательной термической обработки крепежных элементов из стали 40Х, включающее замену стандартной операции “отпуск” процессом ТДЦ. Рисунок 1 – Схема обработки крепёжных элементов Разработанная технология совместной термической и антикоррозионной обработки крепежных элементов позволяет снизить производственные затраты на обработку ряда крепежных элементов из конструкционных марок сталей за счет формирования антикоррозионного покрытия и требуемых эксплуатационных свойств изделий в одну технологическую операцию. 402 УДК 621.702 Перспективы применения индукционного нагрева ТВЧ при реализации технологий диффузионного цинкования в порошковых насыщающих средах Булойчик И.А., Белорусский национальный технический университет Термодиффузионное цинкование с применением индукционного нагрева (ТДЦЭ) имеет ряд преимуществ связанных как с производительностью применяемого способа нагрева, обеспечивающего меньшие энергозатраты, так и с особенностями формируемого на изделии диффузионного слоя, обладающего более высокими эксплуатационными характеристиками в сравнении с покрытиями, наносимыми традиционными методами цинкования. На основании анализа патентной документации общим недостатком оборудования, для диффузионного цинкования, обеспечивающего нагрев обрабатываемых деталей и насыщающей смеси непосредственно электронагревателями, являются значительные энергозатраты, связанные с прогревом массивных садок, а так же трудность в обеспечении равномерного прогрева длинномерных изделий. Технологической особенностью реализации процессов ТДЦЭ в сравнении со стандартными процессами ТДЦ является циклический нагрев обрабатываемых деталей до температур (порядка 700 - 900 °С), существенно превышающих температуры стандартных режимов реализации процессов ТДЦ. Причем сама реторта изготавливается из нержавеющей стали, а применяемая для насыщения смесь содержит значительное количество инертного наполнителя, что предотвращает ее спекание в процессе нагрева. В сравнение с традиционными способами формирования цинковых интерметаллидных диффузионных слоев ТДЦЭ позволяет формировать цинковые диффузионные слои с преимущественным формированием δ-фазы в поверхностной зоне насыщаемого изделия, обладающей наиболее выгодной совокупностью эксплуатационных характеристик (сочетание параметром микротвердости, пластичности и коррозионной стойкости). С учетом того, что значительную часть продукции подлежащей цинкованию составляют конструкционные материалы, большая часть которых представлена длинномерными изделиями (стальные перекрытия, элементы дорожных ограждений, трубы различного сортамента), применение установок индукционного нагрева с использованием шликерных обмазок представляет актуальную альтернативу традиционным процессам цинкования в расплавах цинка. 403 УДК 621.8 Особенности устройств для проведения испытаний на искрообразование Дашкевич В.Г. Белорусский национальный технический университет Наиболее простой способ искрообразования – искровая проба. Она предназначена для определения марки стали (конструкционная, инструментальная или быстрорежущая), которая определяется этим способом достаточно точно. По длине искр, форме, их окраске, количеству и характеру звездочек судят о процентном содержании в сплаве углерода и присутствии в нем вольфрама, марганца и других элементов. За счет своей универсальности и простоты, отсутствия необходимости применения специального оборудования способ активно применяется, но оценку искрообразования он позволяет сделать лишь приблизительной. Для более точного исследования необходимо использование специальных установок, которые реализуют разный вид (схему) взаимодействия и последующее искрообразование. Основные типы устройств испытания материалов на искрообразование следующие: 1) установка для испытания материалов, работающих в режиме непрерывного трения скольжения, при этом максимальная скорость фрикционного взаимодействия в зоне контакта образцов может достигать 80 м/с; 2) установка для испытания материалов, работающих в режиме быстрочередующихся ударов. Конструкция установки, как правило включает металлический диск с лысками (2…4 шт.), при вращении которого по плоскому образцу формируются удары. Этот вариант искрообразования используется для анализа фрикционного искрообразования по СТБ 11.05.04-2007; 3) установка, реализующая падение или выстрел испытуемого образца на металлическую поверхность. При свободном падении добиться активного искрообразования, как правило, не удается, поэтому образцу придают ускорение различными способами, реализуя одиночное соударение при больших скоростях относительного движения; 4) установка в виде маятникового копра для испытания материалов, работающих в режиме одиночных скользящих соударений. Главными преимуществами испытаний на специальных установках является возможность реализовать разнообразные схемы взаимодействия, различные материалы, формы образцов и обеспечить хорошую повторяемость эксперимента. 404 УДК 621.79.01 Режимы термоциклической обработки. Микроструктура и механические свойства алюминиевых сплавов Ткаченко Г.А. Белорусский национальный технический университет Под термоциклической обработкой (ТЦО) понимают варианты термической обработки, осуществляемые с использованием многократных циклических тепловых воздействий. Существуют виды ТЦО без фазовых и с фазовыми превращениями, а также в области переменной растворимости элементов друг в друге или в интервале температур дисперсионного твердения. Температурный интервал ТЦО сплавов, не упрочняемых термической обработкой, ограничивается верхней температурой цикла (высокотемпературное ТЦО), которая ниже начала плавления. В случае нагрева, ниже линии сольвус, ТЦО относится к низкотемпературному процессу. ТЦО для литейных и деформируемых алюминиевых сплавов направлено на повышение твердости, прочности с сохранением вязкости, пластичности, а также размерной стабильности. Трансформация макро- и субструктуры при ТЦО сплава АЛ4, обрабо- танного в режиме ВТЦО (535-450 °С, 15-20 циклов) и старение при 175 °С (15 ч), приводит к сфероидизации и коагуляции частиц кремня и формированию полигональной структуры твердого раствора. Указанные изменения способствуют увеличению прочности на 30% от исходного значения (σв 256 МПа) с сохранением пластичности сплава (δ 4,5 %). В основе НТЦО стареющих сплавов лежит распад твердого раствора, который сопровождается многократным процессом термического возврата. Сплав марки Д16, после стандартной закалки и старения, обладает прочностью в 450 МПа и пластичностью соответствующей 6%. Сплав марки Д16 резко изменяет механические свойства при обработке по режиму (200-20 °С, 2-20 циклов) со скоростью печного нагрева 0,4-0,8 °С/с и 30 °С/с охлаждение. Прочность сплава снижается на 20% от исходной, а пластичность увеличивается в 5 раз. В следствие периодического образования и растворения мелких зон Г- П в матричном растворе формируется субструктура (полигональная). Это обусловлено релаксацией напряжений путем микропластической деформации, что подтверждается напряженно-деформированным состоянием сплава, определяемого по уменьшению физического уширения на рентгенограммах. ТЦО также способствует диспергированию и равномерному распределению зон Г-П в сплаве. 405 УДК 621.79.01 Особенности индукционного циклического нагрева конструкционных сталей Ткаченко Г.А. Белорусский национальный технический университет Широко используемые процессы термической и химико-термической обработки металлов и сплавов, основанные на однократном нагреве и охлаждении, наиболее распространены в промышленном производстве. Недостатком стационарных процессов является их ограниченное влияние на микро- и субструктуру материала, а, следовательно, на комплекс эксплуатационных свойств готового изделия. Термоциклический нагрев основан на чередовании стадий повышения температуры и ее снижения до заданной величины, которые могут повторяться с разной интенсивностью и частотой. Изменение температуры нагрева в течение цикла закалки, отжига предоставляет дополнительные источники воздействия на структуру: термические и фазовые напряжения, микропластическая деформация, фазовая перекристаллизация. Перечисленные факторы позволяют получить мелкозернистый материал (10 и более баллов) с минимальными структурными и термическими напряжениями. Уменьшение напряженного состояния достигается релаксацией микронапряжений путем микропластической деформации зерен аустенита. По этой причине ударная вязкость образцов стали после термоциклической обработки выше, чем у аналогичного мелкозернистого материала после индукционной закалки и отпуска. Установленной особенностью индукционного циклического нагрева является то, что в диапазоне скоростей нагрева (30…40 °С/с) и охлаждения (5…10 °С/с) имеется ограничение по числу циклов (не более 5 циклов). В структуре низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей наблюдается формирование разнозернистой структуры в поверхностном слое, а в сердцевине образуется развитая полигональная структура. При циклической цементации появляются дополнительные карбиды в каждом цикле охлаждения, в результате площадь карбидной фазы заметно больше, нежели в стационарном режиме насыщения. Средняя величина карбидной фазы составляет от 2 мкм, что повышает твердость закаленного диффузионного слоя до 66 HRC. Циклический нагрев перед закалкой и низким отпуском позволяет повысить ударную вязкость мартенситной структуры стали 45 от 35 Дж/см2 до 65 Дж/см2. Излом стали мелкокристаллический фарфоровидный. 406 УДК 621.762 Сплавы для индукционной наплавки из диффузионно- легированных металлических дискретных металлоотходов Щербаков В.Г. Белорусский национальный технический университет В работе исследовали перспективность использования металлических дискретных металлоотходов при получении диффузионно-легированных сплавов для индукционной наплавки износостойких покрытий работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания. На предприятиях Республики Беларусь, в процессе производства продукции, образуется огромное количество металлических дискретных металлоотходов и виде дроби и стружки. Данные материалы являются готовой основой для изготовления диффузионно-легированных сплавов. Насыщение данных материалов можно проводить как в стационарных тиглях из нержавеющей стали с использованием в качестве насыщающей среды карбида бора либо алюминотермические смеси получаемые методом восстановления, так и в подвижных порошковых насыщающих смесях на оборудовании оригинальной конструкции. В качестве исходных материалов были выбраны отходы чугунной дроби ДЧЛ 08 и ИЧХ28Н2 фракцией 500…630 мкм. Диффузионное легирование (борирование) проводили в подвижной порошковой смеси на специальной электрической вращающейся печи. Температура обработки составила 950 °С, продолжительность – 1 ч. Разделение насыщающей смеси и насыщаемого материала после диффузионного легирования осуществлялось с помощью специального набора сит либо с помощью магнитного сепаратора. Толщина диффузионного слоя после обработки составила 70…80 и 50…60 мкм на дроби ДЧЛ 08 и ИЧХ28Н2, соответственно. Диффузионное легирование в подвижной порошковой насыщающей смеси позволяет в широких температурно-временных диапазонах проводить обработку данных материалов, что обеспечивает обширный диапазон концентраций легирующего элемента в каждой отдельной обрабатываемой порошинке. Продолжительность и температура диффузионного легирования в подвижных порошковых средах не должны превышать 120 мин и 950 °С, соответственно, так как при превышении времени и температуры обработки снижается эффект интенсификации процесса диффузионного легирования в подвижных порошковых средах за счет микропластических деформаций обрабатываемого материала. Таким образом, регулируя температурно-временные параметры диффузионного легирования в подвижных порошковых средах можно получать сплавы с регламентированной концентрацией бора из дроби ДЧЛ 08 и ИЧХ28Н2. 407 УДК 621.794.61 Исследование влияния режимов оксидирования на цветовую гамму оксидных пленок Соколов Ю.В., Паршуто А.А., Марышева А.А. Белорусский национальный технический университет Физико-технический институт НАН Беларуси Оксидные покрытия широко применяются для создания защитно- декоративного слоя на изделиях из алюминиевых сплавов. Для них важными факторами являются привлекательный внешний вид и способность противостоять воздействию окружающей среды. В основном, для получения оксидных пленок с различной цветной гаммой применяют красители или электрохимическое окрашивание. Однако, возможен процессе создания цветных оксидных пленок при их формировании, для этого необходим подбор электролита и режимов процесса оксидирования. При использовании электролита на основе щавелевой кислоты, оксидные пленки получатся от темного до светло жёлтого цвета на сплавах без содержания меди и кремния. В процессе анодирования в щавелевокислых электролитах, могут быть получены оксидные пленки от прозрачного до светло-желтого на технически чистых марках алюминия (А5М, АД0, АД1) и от светло-желтого до черного оттенков цвета на сплавах с содержанием магния (АМг2, АМг4, АМг6). Изменение режимов обработки (температуры электролита и плотности тока) сплава АМг2 показало, что с увеличением плотности тока содержание кислорода в оксидной пленке возрастает. Отношение атомов алюминий/кислород достигает 0,8 при 2 А/дм2, и 0,75 при 3 А/дм2. Эти значения соответствуют следующему стехиометрическому составу, соответственно (Al2O2.5) и (Al2O2.7). При плотности тока обработки 2 А/дм2 полученная оксидная пленка на поверхности сплава имеет желто- зеленый оттенок и становится светлее при повышении температуры. Предположительно, зеленый оттенок придают оксиды магния, которые включаются в оксидную пленку алюминия из материала основы. Оксидная плёнка, полученная при плотности тока 3 А/дм2 с увеличением температуры электролита, меняет цвет от коричневого до желтого. Таким образом, в процессе обработки алюминиевых сплавов при различных режимах формируются оксидные пленки с различным элементным составом влияющим на цветовую гамму оксидного слоя. При этом в структуре содержаться атомы металлов, входящих в состав алюминиевого сплава, а также незначительное наличие (до 1 %) компонентов из электролита. 408 УДК 621.79 Использование программы GetData Graph Digitizer для оцифровки бумажных графиков и данных в виде фотографий Астрашаб Е.А., Мельниченко В.В. Белорусский национальный технический университет В настоящее время в связи с необходимостью использования ранее проведенных опытных данных, и на их основе, проработки и моделирование свойств сплавов металлов, остро стоит проблема качественной оцифровки бумажных носителей данных. Это данные, которые ранее были опубликованы в книгах, научных периодических журналах и даже фотоматериалов. Многие бумажные носители уже переведены в электронный вид и могут быть прочитаны на компьютере или другом гаджете. Но, имеющаяся в них графическая информация представлена в виде графического монолитного изображения. Ряд разработчиков программного обеспечения попробовали решить задачи оцифровки бумажных графиков. После анализа ряда имеющихся программных продуктов нами выбрана GetData Graph Digitizer фирмы Gold, как наиболее удобный. Рассмотрим возможности программы Grapher версии 2.24. GetData Graph Digitizer - это программа для оцифровки графиков, диаграмм и карт. Основные возможности GetData Graph Digitizer: · поддержка графических форматов TIFF, JPEG, BMP и PCX; · два алгоритма для автоматической оцифровки; · удобная оцифровка вручную; · возможность легко менять порядок точек в линии; · возможность сохранять рабочее пространство, что позволяет сохранить текущую работу и вернуться к ней позже; · экспорт полученных данных в буфер обмена; · экспорт в форматы: TXT (текстовый файл), XLS (MS Excel), XML, DXF (AutoCAD) и EPS (PostScript). Для того, чтобы иметь возможность определять логические координаты точек, необходимо задать систему координат. Система координат задается четырьмя точками Xmin, Xmax, Ymin и Ymax и их логическими координатами ("значение Xmin" и т.д.). Такой способ задания системы координат позволяет оцифровывать графики с любым расположением осей, в том числе графики, у которых оси не ортогональны. Чтобы установить масштаб, используйте меню Команды=>Установить систему координат или контекстное меню (правая кнопка мышки). Можно также установить оси по умолчанию 409 (Команды=>Установить оси по умолчанию), в этом случае все координаты будут измеряться в пикселах исходного изображения. УДК 621.79 Использование метода площадей для оценки дополнительного легирования наплавленных покрытий, полученных из композиционных электродов Стефанович А.В., Мельниченко В.В., Стефанович А.В. Белорусский национальный технический университет Композиционные электроды представляют собой проволоку с нанесенными покрытиями на ее поверхность. Покрытия могут наноситься различными способами: 1. Химико-термической обработкой, при которой легирующий элемент проникает во внутрь проволоки, образуя диффузионный слой. Количество легирующего элементов диффузионном слое всегда меньше 100%, и он состоит из химических соединений железа и легирующего элемента или твердого раствора легирующего элемента в железе. При этом диаметр проволоки практически не изменяется (обычно увеличение размера не превышает 10 – 20% от толщины диффузионного слоя), В результате получается композиционный электрод сечение которого представлено на рисунке 1, а. 410 а) б) в) Рисунок 1 - Распределение легирующих элементов в композиционном электроде с диффузионным слоем (а), с гальваническим покрытием (б), и после расплавления (в). 2. Гальваническим осаждением металлов на поверхность проволоки. Количество элемента в гальваническом покрытии может достигать 100% (при полном отсутствии пористости покрытия). При этом диаметр композиционного электрода увеличивается на 2h (рис. 1б). При наплавке композиционный электрод полностью расплавляется и легирующие элементы, находящиеся в покрытиях более или, менее равномерно распределяются по сечению расплавленного электрода (рис. 1в). Количество легирующего элемента в наплавленном покрытии ( ) будет зависеть от толщины слоя (h), диаметра проволоки (2R), концентрации легирующего элемента в слое ( ), плотностей материала проволоки (γст) и легирующего элемента ( ), а также угара элементов при наплавке. Используя метод площадей с учетом масс проволочной заготовки и гальванического покрытия на ней получается следующей равенство: где –масса единицы длины проволоки диаметром R, -масса единицы длины гальванического покрытия на проволоке диаметром R. Решая уравнение (1) относительно количества легирующего элемента в наплавленном покрытии и выражая массы через плотности материала проволоки и легирующего элемента, радиус проволоки (R), толщину легирующего слоя получаем следующие зависимости для гальванического слоя Учитывая малое значение и пренебрегая его значением получаем более простую зависимость: Полученные зависимости позволяют оценить количество вводимого легирующего элемента в наплавленное покрытие в зависимости от толщины легирующего слоя на наплавочном электроде определенного диаметра. 2 h 2R+2h Лс Лсп 411 УДК 620.181 Специальная стальная проволока с алитированным диффузионным слоем для сетчатых материалов Дашкевич В.Г.1, Капцевич В.М.2, Чугаев П.С.2 Белорусский национальный технический университет1 Белорусский государственный аграрный технический университет2 Термодиффузионная обработка, в контексте получения эффективных сетчатых материалов узкоспециального назначения, обладает рядом преимуществ и, прежде всего, это возможность повышения функциональных возможностей исходного материала за счет изменения фазового состава, стуктуры и морфологии образующегося поверхностного слоя под конкретные условия эксплуатации. Основной идеей создания сетчатого материала с диффузионным слоем для искрогасителей (устройство, устанавливаемое на выхлопных коллекторах транспортных средств, силовых агрегатов, и обеспечивающее улавливание и тушение искр в продуктах горения, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания) является использование дешевого исходного материала из низкоуглеродистой стали типа 08пс, 10. Затем проводится насыщение этого материала легирующими элементами до уровня, который обеспечит требуемую стойкость по следующим критериям: жаростойкость до температур 600…800 °С, коррозионную стойкость в условиях атмосферной коррозии и коррозии при взаимодействии со средой выхлопных газов. Предпочтительным с точки зрения доступности, эффективности является использование диффузионное насыщение элементами образующими барьерные свойства против окислительного воздействия. В работе исследовались характеристики алитированных слоев на сетчатых материалах из стали 08кп. Окалиностойкость алитированных слоев определенная для условий 20 ч циклических испытаний при 800 °С в атмосфере воздуха составила не менее 45×10-4 г/м2∙год. Проведены коррозионные испытания алитированных образцов сеток в камере соляного тумана и в 1 % водном растворе H2SO4 продолжительностью 20 и 25 ч соответственно. В камере соляного тумана балл коррозионной стойкости составил 6 – 7, коррозионная стойкость алитированных в серной кислоте за 25 ч установлена удовлетворительной. Необходимо отметить, что проведенные исследования по стойкости изучаемых диффузионных слоев полностью не отражают условия реальной эксплуатации сетчатого материала, но дают основания для проведения натурных испытаний. 412 УДК 621.793 Изучение влияния параметров диффузионно-легированного порошка аустенитной стали на характеристики плазменно-напыленных покрытий Пантелеенко А.Ф. Белорусский национальный технический университет В результате проведения исследований плазменным напылением диффузионно-легированного порошка ПР-Х18Н9 была получена серия образцов, которая в дальнейшем подверглась лазерной обработке. Для воздействия использовалась установка лазерной наплавки Комета-2 при следующих режимах обработки: мощность –1 кВт; подача образца – 200…300 мм/мин; плотность энергии – 0,32·109 Вт/м2…1,27·109 Вт/м2. Известно, что после лазерной обработки наблюдается существенное увеличение эксплуатационных характеристик [1,2], снижается пористость, возрастает степень гомогенности микроструктуры, что ведет к росту механических характеристик получаемых покрытий. В нашем случае наблюдается схожая картина: рост износостойкости после лазерной обработки составляет 2,5…3,2 раза (для различных режимов лазерной обработки увеличение износостойкости различно). Следует отметить, что наибольшее среднее увеличение износостойкости отмечается для аустенитного порошка дифффузионно-легированного в течение 3 часов вне зависимости от режимов лазерной обработки. Вероятнее всего это можно объяснить оптимальным сочетанием количества боридов и аустенитной сердцевины порошка, которая выступает в виде основы. Таким образом, можно говорить о реализации «принципа Шарпи», что благоприятно сказывается на износостойкости покрытий [3]. Литература 1. Григорьянц, А.Г. Основы лазерной обработки материалов / А.Г. Григорьянц. – М: Машиностроение, 1989. – 304 с. 2. Ильющенко, А.Ф. Высокоэнергетическая обработка плазменных покрытий: монография/ А.Ф. Ильющенко, В.А. Оковитый, А.И. Шевцов; под общ. ред. А.Ф. Ильющенко. – Минск: Бестпринт, 2007. – 246 с. 3. Крукович, М.Г. Пластичность борированных слоёв/М.Г. Крукович, Б.А. Прусаков, И.Г. Сизов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 384 с. 413 УДК 621.7 Перспективное направление в области топокомпозиционного материаловедения Ковальчук А.В. Белорусский национальный технический университет Возрастающие требования к уровню эксплуатационной стойкости деталей трения в условиях дефицита легирующих элементов и ресурсосбережения определили новое направление развития инженерии поверхности. Оно базируется на традиционных способах поверхностного упрочнения с привнесением современных технологических кластеров из области вакуумных ионно-плазменных (ВИП) технологий. Развитие упрочняющих покрытий, получаемых методами парофазного осаждения, дало появление ряда упрочняющих покрытий, которые могут быть монофазными и многофазными, однослойными и многослойными, полностью или послойно градиентными, нанокомпозитными двумерными и трехмерными. Толщины получаемых покрытий охватывают не менее пяти порядков значений, а их химический состав может включать такие элементы как Ta, Hf, B, Zr, Be, Nb. Вместе с этим достоверно установлено, что эффективные свойства топокомпозитов не определяются полностью свойствами покрытия, а свойства покрытий в свою очередь не определяются полностью толщиной, химическим составом и структурными особенностями. В слоистой системе значения этих свойств не являются независимыми параметрами, а в значительной мере определяются свойствами составных материалов с учетом их вклада в формирование интегральных характеристик. В этой связи перспективными являются способы упрочнения, включающие модифицирование подложки и последующее нанесение покрытий. В качестве предварительного упрочнения подложек применение находит химико-термическая обработка. Ее преимущество заключается в исследованности процессов насыщения практически любыми элементами и многообразии диффузионных слоев и покрытий. Для использования ХТО вкупе с ВИП обработкой следует выделить ее перспективные возможности: управление химическим составом и структурообразование в заданном направлении; повышение стойкости к агрессивным средам; создание адгезионных подслоев и другие. На кафедре «Материаловедение в машиностроении» разработаны топокомпозиты «сталь – PVD покрытие» с упрочнением подложки карбонитрацией, борированием, ионно-плазменным азотированием, электроискровым легированием, дано научное обоснование повышения их свойств при последующем регламентированном термическом воздействии. 414 УДК 621.793: 621.785.532 «Износостойкость газотермических покрытий из высокохромистых сталей с метастабильным остаточным аустенитом» Григорчик А.Н., Кукареко В.А. Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси Исследовано структурно-фазовое состояние, микротвердость и триботехнические характеристики гиперзвуковых газотермических покрытий из высокохромистых мартенситных сталей 40Х13 и 95Х18. Показано, что газотермическое покрытие из стали 40Х13 после механической шлифовки содержит в фазовом составе α-Fe (65 об.%), γ-Fe (11 об.%), оксиды Fe3O4 и FeO (24 об.%). В свою очередь покрытие из высокоуглеродистой мартенситной стали 95Х18 включает в себя: α-Fe (7 об. %), γ-Fe (68 об. %), оксиды Fe3O4 и FeO (25 об. %). Можно видеть, что в газотермическом покрытии из стали 95Х18 содержится аномально высокое количество γ – фазы. Это явление связано с термической стабилизацией аустенита за счет высокого содержания углерода в напыляемой стали 95Х18, а также с замедленным охлаждением покрытия в интервале мартенситного превращения. В тоже время в покрытии из стали 40Х13 за счет низкой концентрации углерода мартенситное превращение в процессе напыления покрытия протекает более полно. Вследствие этого покрытие из стали 40Х13 имеет более высокую твердость по сравнению с покрытием из стали 95Х18 (таблица 1). Таблица 1 - Микротвердость и интенсивность массового изнашивания газотермических покрытий из мартенситных сталей Материал напыляемого покрытия Твердость HV 10, кгс/мм2 Интенсивность массового изнашивания Iq,·10 -3, мг/м Микротвердость покрытия после трения HV 0,025, кгс/мм2 40Х13 600 4,5 700-800 95Х18 350 1,1 800-850 В результате триботехнических испытаний газотермических покрытий из мартенситных сталей установлено, что покрытие из стали 95Х18 имеет износостойкость в ≈ 4 раза выше, чем покрытие из стали 40Х13. Высокое сопротивление изнашиванию покрытия из стали 95Х18 обусловлено деформационно-активированным γ→α превращением в поверхностном слое при трении. При этом на поверхности трения газотермического 415 покрытия из стали 95Х18 образуется тонкий слой с пониженным содержанием аустенита (Vγ≈ 22 об.%,Vα≈ 53 об.%), характеризующийся высокой микротвердостью (≥ 800 HV 0,025) и износостойкостью (см. таблицу 1). Таким образом, газотермические покрытия из высокохромистых мартенситных сталей являются перспективными материалами высоконагруженных пар трения. УДК 621.78, 621.793 Отжиг композитов с покрытиями TiAlN на борированных стальных подложках Константинов В.М., Ковальчук А.В. Белорусский национальный технический университет Известно, что при нанесении покрытий методом физического парофазного осаждения может происходить разогрев подложки до 100…400 °C, а при конденсации с ионной бомбардировкой происходит «перемешивание» компонент покрытия и подложки и формирование тонкого переходного слоя между ними. В связи с этим справедливо отметить, что варьируя химический состав подложки можно изменять характер ее взаимодействия с покрытием, а также состав, структуру и свойства формируемой переходной зоны. Кроме того, можно предположить, что последующее регламентированное термическое воздействие на композит с покрытием в состоянии привести к структурным и фазовым изменениям, которые будут способствовать повышению его прочностных характеристик. В данной работе исследована микротвердость (HV 0.2) поверхности композитов «борированная сталь – градиентное PVD покрытие TiAlN» после отжига 200 °C, 400 °C и 600 °C в течение 30 и 60 мин. Материалы подложек – стали У8А и 9ХС, предварительно подвергнутые однофазному и двухфазному борированию в порошковой среде «besto-bor». Установлено, что отжиг при 200 °C не приводит к повышению микротвердости композитов. Напротив, на отдельных образцах микротвердость снижается, что может быть связано со смещением максимума остаточных сжимающих напряжений от поверхности к сердцевине. Отжиг при 400 °C практически не изменяет и незначительно повышает микротвердость композитов с подложками, подвергнутыми однофазному и двухфазному борированию соответственно. В результате отжига при 600 °C происходит повышение микротвердости для всех композитов с покрытиями на борированных подложках из сталей У8А и 9ХС и тем сильнее, чем больше время 416 выдержки. Так, после выдержки 30 мин повышение микротвердости поверхности составило до 400 МПа, при выдержке 60 мин – до 1100 МПа. Обнаруженное явление может быть связано с изменением картины распределения напряжений в слоистой структуре и реализацией при отжиге процессов вторичного структурообразования с появлением упрочняющих фаз в покрытии TiAlN при спинодальном распаде твердого раствора и на границе раздела покрытия с подложкой с участием бора и кремния (для стали 9ХС) с элементами покрытия. УДК 546.77.281 Использование многокомпонентных диффузионных защитных покрытий на сталях с целью повышения жаростойкости Вейник В.А., Астрашаб Е.В. Белорусский национальный технический университет В машиностроении используется много деталей, работающих при высоких температурах в условиях высокотемпературной газовой коррозии и при термоциклических нагрузках: лопатки газовых турбин, газовые горелки, детали печных конвейеров, крепеж, поддоны, теплообменники и т.д. Эти детали требуют использования дорогих высоколегированных сталей для обеспечения комплекса необходимых эксплуатационных характеристик. Создание на поверхности детали диффузионных защитных покрытий позволяет заменить дорогостоящие легированные стали на более дешевые, а также увеличить срок службы детали. Целью работы являлось повышение жаростойкости, термостойкости, термостабильности, увеличение толщины покрытий и повышение их пластичности. Для обеспечения комплекса необходимых эксплуатационных характеристик в алюминидные покрытия часто вводят некоторые легирующие элементы. Иногда вводят частицы инертных окислов с целью свести к минимуму проблему отслаивания. Дефекты покрытия, такие как точечное разъединение, пузыри и трещины, часто устраняют посредством комплексного легирования. Существует большое количество промышленных защитных покрытий. Легирующие элементы могут улучшать некоторые специфические свойства основных алюминиевых покрытий, но полностью подавлять процессы взаимодействия покрытия и металла-основы они не способны, так как система в процессе длительной работы, как правило, претерпевает изменения. Поэтому целесообразно оперировать понятием “диффузионный барьер” (слой, лежащий между покрытием и сплавом, который замедляет взаимную диффузию основных элементов системы). Введение хрома, кремния, иттрия, тантала, молибдена 417 в алюминиевые покрытия способно замедлить диффузионные процессы. Процессы образования и работы термодиффузионных покрытий в сильной степени зависят от стабильности и массопереноса большинства интерметаллидных фаз. Выбор легирующих элементов осуществлялся на основе литературных данных по обьемному и поверхностному легированию, а также по результатом патентного поиска. Анализ патентной информации позволяет расположить легирующие элементы в ряд по частоте их использования: Al,Cr,Si,V,РЗМ(Y),B,Mo,Ca. Наиболее исследованными процессами являются хромоалитирование и хромоалюмосилицирование. В работе исследовано сначала двухкомпонентное насыщение а затем трех- и четырехкомпонентное насыщение. Например, процесс диффузионного хромовольфрамоалитирования стали 08X18H10T проводили при температурах 1100 °С в течение 5 часов в контейнерах с плавким затвором без использования вакуума или защитных атмосфер. Жаростойкость (статические испытания) оценивали по величине изменения массы образцов при температуре испытаний 11000С в течение 100 часов. Максимальной жаро- и термостойкостью обладают комплексные AI-Ta, AI-Ta-Mo ,AI-Cr-Y, AI-Cr-W, AI-Cr-Ta , AI-Cr-W и AI- Cr-Y –Ta покрытия. Легирование алюминидных покрытий позволяет повысить их жаростойкость в 1.1-1.9 раза, а термостойкость в 2-10 раз. Разработанные покрытия могут быть рекомендованы для защиты деталей технологической оснастки в печном оборудовании, газовых горелок, лопаток, газовых турбин и других деталей. УДК 621.785.5 Влияние низкотемпературного комплексного порошкового диффузионного упрочнения на стойкость инструмента, эксплуатирующегося в условиях завода «Гомсельмаш» Ситкевич М.В., Ильеня А.В. Белорусский национальный технический университет С целью повышения долговечности инструментальной оснастки в условиях термического цеха инструментального производства «Гомсельмаша» проведены работы по применению процессов комплексного азотирования с использованием порошковых смесей, включающих наряду с азотонасыщающми компонентами и борокарбосодержащие добавки. Диффузионное упрочнение металлорежущего инструмента (зенкер Ø20х145мм, развертка Ø10х195мм, метчик М12х80мм) изготовленного из стали Р6М5 проводилось при 560 °С 418 1 час. Сравнительные испытания проводились в производственных условиях и оценивались по количеству обрабатываемых деталей и отверстий. Диффузионное упрочнение горячедеформирующих наладок, изготовленных из стали 5Х3В3МФС, проводилось при 560 °С 8 часов. Наладки применяются в кузнечно-термическом цеху для горячей штамповки заготовок ножей из стали 45. Сравнительные испытания проводились в производственных условиях и оценивались по количеству отштампованных заготовок ножей. Полученные результаты представлены в таблице 1. Таблица 1. Влияние диффузионного упрочнения на стойкость инструмента Наименование инстру- мента Марка стали Стойкость без ХТО Стойкость после ХТО Зенкер Ø20х145мм Р6М5 90 штук 180 штук Развертка Ø10х195 мм Р6М5 100 штук 300 штук Метчик М12х80 мм Р6М5 80 штук 192 штук Деформирующая наладка 5Х3В3МФС 2050 штук 7175 штук Из таблицы 1 видно, что стойкость металлорежущего инструмента увеличилась в 2,0; 3,0 и 2,4 раза соответственно, стойкость горячедеформирующих наладок увеличилась в 3,5 раза. Основной причиной выбраковки режущего инструмента является изнашивание по задней и передней поверхности. Для выбраковки наладок принимали отклонение от геометрии отштампованных заготовок сверх допустимых значений в соответствии с технологией их изготовления. УДК 621.79 Исследование распределения элементов в наплавленных покрытиях, полученных из нитроцементованной проволоки Стефанович А.В., Мельниченко В.В., Стефанович В.А. Белорусский национальный технический университет Для повышения срока службы ряда изделий, работающих в условиях износа в агрессивной среде применяют наплавленные покрытия, полученные аргонодуговой наплавкой. В качестве присадочного материала при наплавке используют проволоку из коррозионностойкой стали подвергнутой борированию или нитроцементации. При наплавке диффузионные слои взаимодействуют с материалом проволоки образуя 419 структуру, состоящую из дендритов, по границам которых находится эвтектика. При использовании борированной проволоки эвтектика состоит из боридов и аустенита, при использовании нитроцементованной проволоки эвтектика состоит из карбидов хрома и аустенита. При образовании боридов и карбидов в наплавленном покрытии происходит перераспределение легирующих элементов в том числе и хрома, что сказывается на коррозионной стойкости покрытия. В данной работе представлены результаты распределения элементов в наплавленном покрытии в центре дендрита (спектр 1), на краю дендрита (спектр 2,4) и в центре твердой фазы (спектр 3,5). Таблица 1– Содержание легирующих элементов в фазах наплавленного покрытия, полученного их нитроцементованной проволоки Спектр С N Si Ti Cr Mn Fe Ni Cu Итог Спектр1 0,08 -0,06 0,15 0,06 9,87 0,77 77,34 11,73 0,06 100 Спектр2 0,07 -0,07 0,21 0,05 10,74 0,56 77,04 11,28 0,12 100 Спектр3 8,21 0,04 0,23 0,47 44,50 0,62 43,44 2,46 0,03 100 Спектр4 0,16 0,01 0,34 0,02 10,82 0,64 75,95 11,98 0,08 100 Спектр5 7,87 0,14 0,28 0,38 41,14 0,17 46,71 3,26 0,05 100 Распределение хрома между аустенитом и твердой фазой существенно различается (таблица 1): в дендритах содержание хрома почти в четыре раза меньше, чем в твердой фазе и составляет 9,87- 10,82%. Аналогичное распределение и никеля только в обратном порядке: в твердой фазе содержание никеля почти в пять раз меньше, чем в аустените. Таблица 2 – Содержание легирующих элементов в фазах наплавленного покрытия, полученного из борированого проволоки Спектр С В Si Ti Cr Mn Fe Ni Cu Итог Спектр 1 0.07 0.13 0.49 0.09 12.74 0.52 75.48 10.40 0.08 100 Спектр 2 0.12 0.09 0.41 0.07 14.99 0.30 74.42 9.51 0.09 100 Спектр 3 0.05 8.31 0.24 0.37 22.31 0.90 60.18 7.47 0.17 100 Спектр 4 0.06 7.95 0.51 0.41 21.77 0.44 60.70 8.07 0.09 100 Спектр 5 0.05 8.17 0.48 0.29 21.93 0.35 60.21 8.39 0.13 100 В наплавленном покрытии, полученном из борированной проволоки (таблица 2) содержание карбидообразующих элементов в боридах больше, чем в твердом растворе: титана в 3,2–4,6 раза, хрома в ~1,4-1,7 раза; не карбидообразующего элемента никеля в боридах меньше в 1,3–1,4 раза, чем в твердом растворе. Твердый раствор (аустенит) содержит меньшее количество хрома 12,74 - 14,99%, чем исходная стать 06Х19Н9Т. Исходя из приведенных данных по распределению легирующих элементов, в 420 частности хрома, можно отметить, что коррозионная стойкость наплавленных покрытий, полученных из нитроцементованной проволоки будет низкой, так как содержание хрома по сечению дендрита менее 12% (порог перехода стали в коррозионностойкое состояние). УДК 669.018:621.793 Выбор оптимальных сплавов для матричных составов литых композиционных материалов. Калиниченко В.А., Зелезей А.Е. Белорусский национальный технический университет Для макрогетерогенных композиционных материалов, работа которых в узлах трения основывается на максимальном приближении к идеальному выполнению принципа Шарпи, важную роль играет состав матрицы и армирующего элемента. Если в качестве армирующего элемента мы привязаны к литейной чугунной дроби марки ДЛЧ диаметром 1 мм, то в отношении состава матрицы мы имеем широкий спектр подходящих материалов которые удовлетворяют поставленной задаче (высокая прочность на сжатие, низкий коэффициент трения и износ). По результатам ранее проведенных испытаний было решено остановиться на кремнистых бронзах. Среди кремнистых бронз (содержание кремния до 3,5%) наибольшее распространение получили бронзы, дополнительно легированные никелем и марганцем, которые улучшают механические и коррозионные свойства. В кремнемарганцевой бронзе БрКМцЗ-1 добавка 1,0...1,5% марганца практически полностью находится в α-твердом растворе, поэтому полуфабрикаты из этого сплава упрочняющей термической обработке не подвергаются. Бронза БрКН1-3 относится к числу термически упрочняемых сплавов (см. табл. 1), в которых никель с кремнием образуют силицид Ni2Si с растворимостью, резко уменьшающейся с понижением температуры. Силицид кремния определяет упрочнение бронзы при старении (450°С, 1 час) после закалки с 850°С. Бронзы БрКМцЗ-1 и БрКН1-3 отличаются высокими пружинными и антифрикционными свойствами, а также хорошей коррозионной стойкостью. Бронзы технологичны: деформируются в горячем и холодном состояниях, свариваются с другими бронзами и сталью, паяются мягкими и твердыми припоями. Продукцию из бронзы БрКМцЗ-1 в виде прутков, проволоки, полос, листов и лент различных размеров применяют в приборостроении, в 421 химическом и общем машиностроении, в морском судостроении для изготовления пружин и пружинящих деталей, металлических сеток, антифрикционных деталей и др. Литература 1. ГОСТ 18175-78 Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки. УДК 621. 745 Влияние параметров синтеза на свойства макрогетерогенных композиционных материалов Калиниченко В.А. Белорусский национальный технический университет Известно [1, 2], что механические и эксплуатационные свойства синтезируемых композиционных материалов напрямую связаны как с качеством исходных шихтовых материалов, так и с особенностями технологии их синтеза. В основу классификации по методам получения положены главные технологические приемы, обеспечивающие окончательное формирование композиционного материала [3]. Классификация дает информацию применения свойствах материала, а главное, о техническом уровне сложности, аппаратурном оформлении, энергоемкости, капиталоемкости и других характеристиках технологического процесса получения изделий из композита, что иногда играет решающую роль с точки зрения их использования для тех или иных целей. В настоящее время неплохо себя зарекомендовали следующие виды синтеза макрогетерогенных композиционных материалов: термический, литейно-металлургический, порошково-металлургический, индукционного синтеза, методом лазерной и термической наплавки, а также гальванический и метод получения композиционных материалов ионным осаждением из водных растворов. Данные способы получения композиционных материалов можно разбить на четыре основные группы: материалы, полученные жидко- и твердофазными методами, методами осаждения - напыления и комбинированными методами. В заключение необходимо добавить, что выбор оптимального параметра синтеза позволяет повысить свойства композицонного материала по сравнению с конструкционным в 2-5 раз при нормальной температуре и до 8 раз при повышенной. При этом свойства напрямую зависят от равномерности распределения армирующего материала в матрице. 422 Как результат при выборе процесса синтеза композиционного материала необходимо избегать процессов способных нарушить упаковку армирующего вещества и стараться использовать наиболее статичные процессы. Литература 1. Композиционные материалы. Справочник. – Под ред. В.В. Василева, Ю.М. Тарнопольского. – М.: Машиностроение, 1990. – 570 с. 2. Затуловский С.С., Кезик В.Я., Иванова Р.К. Литые комозиционные материалы. Киев. Тэхнiка. 1990 - 240 с. 3. Композиционные материалы: Справ. / Под. ред. Д.М. Карпиноса. – Киев, 1985. - 292 с. УДК 621.01: 536.75 Аддитивные металлургические технологии для производства металлоизделий Андрушевич А.А., Михович В.А. Белорусский государственный аграрный технический университет Применение аддитивных технологий заключается в послойном синтезе объекта – изделия по цифровой модели без формообразующей оснастки. Создание изделия происходит путем добавления материала, в отличие от технологий, основанных на удалении его излишков, например, механообработке [1,2]. Их важнейшим преимуществом является единая технологическая цифровая среда (CAD/CAM/CAE), что существенно повышает скорость реализации продукции, снижает стоимость изделий, особенно для малых партий, позволяет создавать сложные детали высокого качества, которые невозможно изготовить по традиционной технологии. Прямое выращивание изделий послойным синтезом возможно в различных агрегатных состояниях и высокоэнергетических процессах с объёмной, локализованной и фокусированной зоной поглощения в зависимости от мощности потоков энергии. Все аддитивные металлургические технологии (АМ) разделяются по методу формирования слоя на две основные группы. Первая из них -технология «Bed Deposition» (BD), подразумевающая наличие некоторой платформы, на которой послойно создается материал и изделие путем селективной лазерной обработки порошковых материалов. Вторая технология «Direct Deposition» (DD) - прямой энергетический метод с непосредственным нанесением слоя жидкого металла. Перспективность АМ основывается на ряде преимуществ и позволяет сократить на 30% затраты, связанные с приобретением исходных материалов, повысить 423 производительность на 25-30%, снизить себестоимость на 30% по сравнению с используемыми технологиями [2]. Представляется актуальным и возможным применение АМ технологий для получения металлических деталей, в частности, из пористых материалов на основе алюминия при производстве сельскохозяйственной техники (фильтры, теплоизоляторы и т.п.). Литература 1. Чижик С.А. Перспективы развития технологических комплексов аддитивного синтеза композиционных материалов и формообразования изделий / С.А.Чижик, М.Л.Хейфец, С.А.Филатов // Механика машин, механизмов и материалов, 2014, №4(29). С. 68 - 74. 2. .Зленко М.А. Аддитивные технологии в машиностроении /М.А. Зленко, А.А. Попович, И.Н. Мутылина. – СпБ, 2013. УДК 669. 714 Модифицирование алюминиевого сплава АК12 наноструктурными материалами Андрушевич А.А1., Дьячкова Л.Н2., Лецко А.И.2 Белорусский государственный аграрный технический университет1 Институт порошковой металлургии НАН Беларуси2 Литые изделия с мелкокристаллической однородной структурой обладают более высоким уровнем механических характеристик по сравнению с изделиями с крупнозернистой структурой. С целью измельчения структуры и повышения свойств, в процессе приготовления сплавов формирование мелкокристаллического строения обеспечивают в основном введением в расплав специальных добавок – модификаторов. В последнее время для модифицирования все большее применение находят наноструктурные материалы (НМ) в виде активных химических соединений с размерами образований, не превышающими 100 нм. Успешно опробовано модифицирование НМ промышленного литейного сплава АК12 при литье в песчано-глинистую форму. В качестве модификаторов использованы ультрадисперсные композиции, полученные методом механически активированного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (МАСВС) состава: 1. 50% интерметаллид (Ni 30ат%Al)+50%AK12; 2. 50% металл/оксид (Si-Al2O3) + 45%AK12 + 5%W; 3. 50% интерметаллид (Fe 35ат%Al)+ 45%AK12 + 5%ZrO2. 424 Сплав АК12 готовили в электрической камерной печи сопротивления с графитовым тиглем. Заливку производили при 7600С после 10 минут выдержки. НМ вводили в прессованных брикетах из расчета 0,1 % от массы жидкого расплава. Во всех случаях применения НМ отмечалось измельчение микроструктуры и как результат повышение механических свойств. Однако оказалось, что существующий метод ввода модификатора неэффективен, из-за трудности их погружения в расплав без утяжелителя. Анализ полученных результатов показал, что при всех видах обработки расплава наномодификаторами механические свойства превышают требуемые по ГОСТ 1583 - 89. При этом введение модификаторов несколько повышает значение предела прочности сплава АК12, полученного при обычной заливке. Значения относительного удлинения и твердости оказались существенно более высокими, на 30-35% и 20-25% соответственно, только в случае применения НМ по второму варианту (δ =9,3%, 118HB МПа). Очевидно, механическое активирование и разрушение оксидной пленки при МАСВС определяет эффективность применения для модифицирования наноструктурных материалов. УДК 621.762 Методика подготовки образцов на основе титана и нержавеющей стали для испытаний на сдвиг. Калиниченко М.Л., Александров В.М.,. Зелезей А.Е Белорусский национальный технический университет. Для проведения динамических испытаний на сдвиг клеевых соединений существует методика по ГОСТу 14759-69. Клеи. Метод определения прочности при сдвиге, который предусматривает определение статической прочности при сдвиге клеевых соединений листовых металлов при нормальной, пониженной и повышенной температурах [1]. Сущность метода заключается в определении величины разрушающей силы при растяжении стандартного образца, склеенного внахлестку, усилиями, стремящимися сдвинуть одну половину образца относительно другой [1]. Однако если встает необходимость испытать клеевое соединение с двумя и более клеевыми составляющими, то оказывается, что отсутствует качественная методика исследования данных испытаний. Было предложено производить данный тип испытаний на стандартной разрывной машине при помощи заранее подготовленных приспособлений Рис 1., чтобы приготовленный для испытаний образец был установлен в 425 -1 0 1 2 3 4 5 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 Н аг ру зк а (k N ) Удлинение (mm) Образцы с 1 по 2 Образец № 1 2 зажимы испытательной машины таким образом, чтобы продольная ось совпадала с осью приложения нагрузки и осью зажимных губок. а б Рис.1 Образцы для испытаний на сдвиг (а -исходный, б –в присоблении для испытания) Результаты испытаний на сдвиг представлены на рис.2 При этом на образце 2 были сделаны бороздки, а на 1 нет. Применяемый клей 3М 8805. Было установлено, что вышеуказанным способом возможно проводить испытания на сдвиг, а так же гладкие образцы имеют прочность на сдвиг на 30% выше чем образцы с нанесенными бороздками. Рис. 2 Данные по испытаниям Литература 1. ГОСТ 14759-69. Клеи. Метод определения прочности при сдвиге. УДК 621.762 Замена сварного соединения на клеевое при изготовлении щелевого фильтра Калиниченко М.Л. Белорусский национальный технический университет. Щелевой фильтр – это фильтр с щелевыми фильртрирующим элементом. [1]. Основой любого щелевого фильтра выступает труба из нержавеющей стали с прорезкой щелей лазерной обработкой. В результате проведенной работы были подготовлены конструкторские чертежи щелевого фильтра, а так же его 3Д модель, рис.1. 426 а б в а – щелевой фильтр ЗАО «Факел», б – сборочная схема фильтра, в – фильтр на клеевой основе Рис.1 Щелевые фильтры Известно, что фильтр после проведения аргоновой сварки имеет ряд недостатков: коробление изделия, размер щелей в некоторых местах уменьшился или вовсе закупорились, при этом для аргоновой сварки нужен сварщик с соответствующей аппаратурной базой. Было принято решение заменить сварную конструкцию склейкой. С целью удешевления и упрощения технологического процесса изготовления щелевого фильтра данной конструкции. Для реализации задачи были использованы клеи фирмы 3М, уже успешно испытанные ранее [2]. В результате были получены клеевые фильтрующие элементы для проведения промышленных испытаний на базе отдела водоподготовки при ОАО «БелЭнергоРемНаладка». Литература 1. ГОСТ 26070-83 Фильтры и сепараторы для жидкостей. (Термины и определения). Действует с 01.01.85. 2. М.Л. Калиниченко, В.А. Калиниченко. Сборник научных трудов X МНТК. Современные методы и технологии создания и обработки материалов. Минск: ФТИ. 16-18.09.2015. Кн. 2. С. 196-199. 427 Теория механизмов и машин УДК 621.3 Разработка системы виброзащиты токарного станка Кудин В.В., Дубовская Е.М., Ярош В.И. Белорусский национальный технический университет Виброизоляция машин – одно из наиболее действенных средств борьбы с колебаниями конструкций зданий и сооружений, вызываемыми работой ма- шины. Была поставлена цель спроектировать виброизоляцию пятитонного металлорежущего токарного станка ( м1,5м1,7м4 ×× ) для уменьшения коле- баний, вызванных действием периодической возмущающей силы, поскольку при рабочем режиме в месте его установки возникают вертикальные колеба- ния несущей конструкции с амплитудой 0,14 мм при допустимом значении 0,01 мм. Проектирование виброизоляции состояло из следующих этапов: подбор основных параметров виброизоляции; определение характерных размеров упругих элементов; выбор расположения виброизоляторов; проверка выпол- нения условий, наложенных на частоты собственных колебаний изолируемой установки; проверка выполнения требований, которым должны удовлетворять амплитуды вынужденных колебаний изолируемой установки; определение амплитуд возмущающих сил, передающихся на поддерживающую конструк- цию. Для решения поставленных задач была выбрана одномассовая динамиче- ская модель в виде груза массой m, связанного с основанием упругим элемен- том, жесткость которого с. Трение в модели определялось диссипативным элементом с коэффициентом демпфирования b. На массу действовала сила, изменяющаяся по синусоидальному закону. Были рассчитаны динамические нагрузки на опоры рабочей машины в направлении осей x и y для 13-и поло- жений механизма. Расчет проводился по полученным ранее результатам реак- тивных нагрузок. После определения значений амплитуд возмущающих сил в направлениях осей x и y, был сделан вывод о гармоническом характере изме- нения нагрузок, большей амплитуде нагрузки в горизонтальном направлении и было получено уравнение возмущающей силы. Расчет резинометаллических виброизоляторов показал невозможность их использования для виброзащиты установки. Эффективную виброизоляцию можно было обеспечить, используя одиночные цилиндрические пружины. Был выполнен расчет требуемой жесткости пружин, их количества, материа- ла, среднего диаметра, числа витков, диаметра прутка, степени осадки пру- жин, высоты ненагруженной пружины и пружины под нагрузкой и других параметров виброизоляторов, спроектировано их расположение, а также осу- ществлена проверка качества виброизоляции. 429 УДК 621.01 Создание портативного виброметра VMAxOne Анципорович П.П., Авсиевич А.М., Массальский М.И. Белорусский национальный технический университет Исследование вибраций и их характеристик является важным аспектом при проектировании машин и механизмов. Вибрации сильно влияют и на долговеч- ность агрегата. Для изучения вибраций и получения их характеристик используются вибро- метры. Если вибрирующий объект считать простым осциллятором, то вибро- метр позволяет получить сведения как о базовых параметрах его колебаний (частота и амплитуда), так и, в некоторых случаях, получить спектральную ха- рактеристику колебательного процесса. Виброметр может измерять: виброско- рости, виброускорения и виброперемещения. Такие приборы в промышленном исполнении очень дороги для образовательных целей и поэтому их использова- ние целезобразно на крупных производствах. Однако, для студенческих иссле- довательских работ не всегда нужна дорогая техника, ведь студенту важно по- лучить не качественные и точные данные, а понять суть и принцип происходя- щего процесса. В данной работе был создан компактный и бюджетный вибро- метр, который измеряет виброускорения для установок по балансировке валов. Рис.1 Принцип действия нашего виброметра (см. hис.1) основывается на по- казаниях точного акселерометра (вибропреобразователь), который крепится к измеряемому элементу (объект). После, данные с вибропреобразователя идут в блок обработки, которым выступает микроконтроллер ATMega328PU. В мик- роконтроллер загружена специальная программа, которая обрабатывает посту- пающие с вибропреобразователя значения и применяет к ним математические фильтры по удалению шумов и созданию добротных выходных данных в фор- мате значения ускорения с размерностью [м/с2]. После обработки данных мик- роконтроллером, информация поступает на компьютер по протоколу передачи данных Wi-Fi. Также реализована возможность хранения информации с устрой- ства в облачных хранилищах для доступа к ней из любой части мира и ее совме- стного анализа. Устройство в таком случае становится частью Интернета вещей. 430 УДК 681.3 Электронный технический документ в ТП Word Луцко Н.Я., Кавальчук О.Н. Белорусский национальный технический университет Решению актуальной задачи минимизации издержек управления служит организация, использование и оптимизация электронного документооборота, основу которого на машиностроительных предприятиях составляет электрон- ный технический документ. Студенты машиностроительного факультета БНТУ в дисциплине «Информатика» изучают применение ТП Word для эф- фективного построения, редактирования и форматирования электронного технического документа с использованием технологий структуры документа. Концептуальные основы излагаются студентам в лекционном курсе. Здесь дается юридическая основа электронного документооборота и электронной подписи, раскрываются принципы существования систем электронного доку- ментооборота, разбираются особенности технического документа и техниче- ских ГОСТов, требованиям которых он должен отвечать. Выполнение трех лабораторных работ, инструкции которых представлены в виде алгоритмов, позволяет студенту приобрести навыки загрузки ТП Word; настройки Панелей инструментов; установки режимов отображения непеча- таемых знаков, границ рабочей области листа, проверки правописания, авто- матической расстановки переносов, задания Параметров страницы и вставки Номеров страниц. Большое внимание уделено построению структуры доку- мента, путем изменения параметров заданных в ТП Word стилей и создания пользовательских стилей. Рассмотрены технологии построения заглавий раз- делов и подразделов, простого технического текста и вставки в него специ- альных технических символов. Построены алгоритмы создания и редактиро- вания иллюстраций, таблиц, алгоритмов и их схем. Особое внимание уделено вставке и редактированию различных формул. Проработаны технологии ав- томатического построения оглавления. Четвертая лабораторная работа предназначена для закрепления приобре- тенных навыков в процессе самостоятельной работы студентов. В нее вклю- чены разнообразные технические документы из изучаемых студентами пред- метов «Математика», «Физика», «Теоретическая механика». В настоящее время к размещению в репозитории готовится учебно- методическое пособие «Электронный технический документ в ТП Word», который, мы считаем, будет полезен не только студентом, магистрантам, ас- пирантам, но и научным работникам и преподавателям. 431 УДК 621.825.5(088.8) Методика физического моделирования привода с предохранительными устройствами повышенной точности срабатывания Николаев В.А., Олейников Д.С. Белорусский национальный технический университет Для выяснения динамических процессов при срабатывании муфты со- ставлена структурная схема привода с расчлененным предохранительным устройством с упругой обратной связью, расчетная схема этой связи, за- висимость деформации нажимных элементов от относительного углового перемещения ведущего звена. На основании вышеизложенного составле- на динамическая модель, имитирующая привод машинного агрегата, ра- ботающего в наиболее тяжелом режиме – резкого стопорения ведомого вала при номинальных оборотах без нагрузки. Рис. 1. Динамическая модель привода На основании динамической модели момент трения в пакете фрикци- онных дисков определяется начальным его сжатием Q, коэффициентом трения f, числом пар поверхностей трения Z, радиусом трения Rт, устано- вочным радиусом нажимных пружин Rп, углом их наклона α. Сущест- венным в данной методике является наличие динамического момента ме- ханизма обратной связи – 33ϕΙ  . Его влияние зависит от знака углового ускорения 3ϕ : при разгоне привода 3ϕ >0 динамический момент меха- низма обратной связи уменьшает усилие сжатия дисков, а при замедлении 3ϕ <0 динамический момент данного механизма действует совместно с силой сжатия дисков Q, догружая их и увеличивая момент трения. Этот фактор следует учитывать при расчете предохранительных устройств. В предлагаемой методике расчета, в отличие от существующих, где в осно- ве геометрических параметров муфты лежит момент трения, определяе- мый в статике, учитывается скорость нарастания крутящего момента. При стопорении ведомого вала она зависит от угловой скорости вращения и податливости привода от муфты до места возможного заклинивания. 432 УДК 681.3 Принципы организации on-line консультаций для студентов-заочников Луцко Н.Я., Кавальчук О.Н., Алейникова О.И. Белорусский национальный технический университет Информационные технологии – это процессы, использующие совокуп- ность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получе- ния информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явле- ния. Информационная технология является процессом, состоящим из чет- ко регламентированных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над данными, хранящимися в компьютерах. С целью внедрения информационных технологий в учебный процесс и для организации эффективной работы студентов заочной формы получе- ния образования на кафедре «Теория механизмов и машин» в рамках кур- сов «Информатика» и «Информационные технологии» создана электрон- ная почта: tmm_inform@tut.by. На почту загружены необходимые студенту-заочнику документы: - Методические указания и варианты контрольной работы №1 для спе- циальности 1-36 01 03; - Требования к оформлению контрольной работы; - Список экзаменационных вопросов 1 курс 1 семестр; - Образец оформления контрольной работы №1. Загруженные файлы сохранены с расширением .pdf и защищены от ко- пирования. Студентам предоставлен свободный доступ к материалам, за- груженным на электронную почту, с возможностью просмотра и скачива- ния, путем выдачи пароля к почте. Студенты могут получить on-line-консультацию, задав вопрос посред- ством отправки сообщения на электронную почту. При этом сообщение может быть отправлено непосредственно с вышеуказанной почты (для этого достаточно зайти на почту tmm_inform@tut.by, нажать кнопку На- писать и в поле Кому ввести адрес tmm_inform@tut.by) или с личной электронной почты студента. В теме сообщения студент обязан указать номер группы и фамилию с инициалами. Таким образом, сообщение будет просмотрено тем преподавателем, за которым закреплена указанная в со- общении группа. В противном случае сообщение удаляется. Если у студента-заочника нет возможности посещать назначенные кон- сультации (первая и третья субботы каждого месяца), то он имеет возмож- ность договориться с преподавателем о дополнительных консультациях в удобное для обоих время. Почта проверяется еженедельно в определенное время. 433 УДК 621.825.5(088.8) Влияние коэффициента трения в фрикционных парах предохранительных устройств с обратной связью на максимальный момент срабатывания Николаев В.А., Олейников Д.С. Белорусский национальный технический университет Максимальный момент срабатывания предохранительной муфты зависит от режимов работы привода и множества конструктивных факторов. В частности должна быть учтена фактическая скорость нарастания крутящего момента в месте установки предохранительной муфты. Установка муфты на валу с боль- шим крутящим моментом приводит к увеличению габаритов и металлоемкости муфты. В случае, если перенос муфты на вал с меньшим крутящим моментом не возможен, следует изыскать конструктивные решения, направленные на уменьшение габаритов. Начиная с некоторой, определенной скорости нарастания крутящего момен- та, значительно превышает момент настройки муфты. Силовой расчет предохранительных устройств с обратной связью показыва- ет, что усилие предварительного сжатия дисков является главным фактором, определяющим момент срабатывания. Его максимальная величина ограничива- ется допускаемым удельным давлением на материал фрикционных дисков. Ос- новной характерной особенностью устройств с обычной обратной связью явля- ется низкая чувствительность к изменению коэффициента трения рабочих по- верхностей. При увеличении коэффициента трения в 3 раза (с 0,1 до 0,3) передаваемый крутящий момент увеличивается только на 11%. Характерной особенностью устройств с обычной обратной связью является то, что начальное усилие сжатия фрикционных дисков значительно превышает усилие при срабатывании. Этот фактор не позволяет эффективно применять фрикционные материалы с не- большими допускаемыми удельными давлениями, но основной их недостаток – невозможность использования в полной мере современных фрикционных мате- риалов, обладающих большим коэффициентом трения. Это объясняется тем, что обычная обратная связь приводит к уменьшению давления на трущиеся поверхности. Исследования показали, что применение более 14 пар поверхностей трения не эффективно, так как увеличение их с14 до 20 дает прирост крутящего момен- та менее 4%. При применении устройств с безынерционной обратной связью происходит раздвоение потока мощности. Тогда на механизм обратной связи действует незначительная часть крутящего момента, что позволяет эффективно использовать фрикционные материалы с большим коэффициентом трения. 434 УДК 621.01 Принципы повышения энергоэффективности мобильных машин Шашко А.Е., Авсиевич А.М., Массальский М.И. Белорусский национальный технический университет В данный момент в машиностроении существует проблема повышения экономичности и экологичности мобильных машин. Для этого могут приме- няться различные технические решения. Одним из них является установка рекуперативных систем на мобильных машинах. В настоящее время сущест- вует несколько вариантов рекуперации. Они подразумевают как накопление кинетической энергии в рекуператоре-маховике, так и преобразование энер- гии торможения в электроэнергию с последующим ее использование на рабо- ту дополнительного оборудования или обратным преобразованием в механи- ческую. Отдельным направлением является разработка мобильных машин с маховичным двигателем, в которых источник электрической или тепловой энергии отсутствует вообще. В сообществе ученых и инженеров эффективность рекуперации вызывает сомнения в связи с тем, что неизбежное при этом увеличение массы и стоимо- сти машины, появление дополнительных узлов трения приведет к большему расходу энергии, чем будет сохранено. Остаются нерешенными вопросы о применимости той или иной системы на автомобилях различной массы, эф- фективности ее функционирования при движениям по разного характера маршрутам, в разных дорожных условиях и с разным весом груза. Поэтому актуальной является задача определения критерии эффективности рекупера- ции кинетической энергии в мобильных машинах в различных условиях. Вторым направлением разработок, обеспечивающим повышение энерго- эффективности машин, является снижение потерь на трение в сопряжениях, что также приводит к уменьшению интенсивности изнашивания. Величины износа сопряжений и общий КПД во многом обусловлены механическими характеристиками и структурно-конструктивными особенностями машин. Поэтому разработка программного продукта для расчета нагруженности ло- кальных участков поверхностей пар трения является актуальной задачей, ко- торая позволит прогнозировать ресурс и энергопотребление проектируемой машины, проводить оптимизацию конструкции. Разработанная компьютерная программа динамического анализа позволяет рассчитать распределение пока- зателей нагруженности (контактных давлений и относительных скоростей) по поверхностям элементов вращательных кинематических пар, спрогнозировать интенсивность изнашивания и определить конструктивные параметры и ре- жимы работы машины, обеспечивающие минимальные потери на трение. 435 УДК 629.735 Принципы создания многофункционального беспилотного летательного аппарата типа «квадрокоптер-самолет» Трифанков Д.В., Ширвель П.И., Муровейко А.В. Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день, квадрокоптеры вошли в нашу жизнь повсеместно. Они применяются для аэрофотосъемки, в военных целях, для доставки не- больших грузов и даже в медицинских целях. Но данные дроны имеют ряд недостатков. В первую очередь, это ресурс батареи. Современные квадрокоптеры могут продержаться в воздухе в среднем около одного часа. Проблема заключается в том, что аккумуляторные батареи имеют большую массу от чего и приходится жертвовать либо грузоподъемностью, либо временем полета. Вторая проблема – это грузоподъемность. Ведь данная характеристика за- висит от мощности двигателя, и чем мощнее мы ставим двигатель, тем боль- ше возникает проблема с питанием. Третья проблема – это дистанция между квадрокоптером и пилотом. На сегодняшний день радиус связи, в среднем, составляет около полутора кило- метров, что резко ограничивает область применения данных летательных ап- паратов. Все эти характеристики можно улучшить синтезировав конструкцию квадрокоптера с самолетом. Крылья нового гибридного летательного аппара- та, позволят повысить подъемную силу, а так же время полета, поскольку в данном случае тяга винта будет применяться минимально. Следующим шагом будет создание изменяемой геометрии крыла и изменяемых векторов тяги винтов. Это необходимо для того, что бы взлет и посадка были вертикальны- ми, а при полете он мог использовать лишь минимум ресурса батарей. И по- следним шагом будет – обратная связь. Данную проблему можно решить, ес- ли мы заменим традиционные радиоволны (2.4 GHz) на связь посредствам сети Интернет. В таком случае дистанция между дроном и оператором будет неограниченной. При такой конструкции, беспилотной летательный аппарат может исполь- зоваться во многих сферах деятельности человека. Это могут быть: поисково- спасательные работы, доставка медицинского оборудования и препаратов (скорая помощь), аэрофотосъемка, коммерческая деятельность. В век стремительного развития информационных технологий, беспилот- ные машины должны максимально заменить труд человека в тяжелых и экс- тремальных условиях, а возможно и решать те задачи, которые непосильны человеку. 436 УДК 681.3 Информационные технологии в разделе «Динамика машинного агрегата» курса «Теория механизмов и машин» Анципорович П.П., Акулич В.К., Дубовская Е.М. Белорусский национальный технический университет На кафедре «Теория механизмов и машин» выполнена плановая НИР «Принципы обучения общетехническим дисциплинам с использованием информационных технологий». Большое внимание в работе уделено курсу «Теория механизмов и машин», который является начальным источником знаний обучающихся в области основ проектирования механизмов и машин и способствует формированию самостоятельного мышления будущего ин- женера при решении конкретных производственных задач. В курсе «Теория механизмов и машин», который читается в 4-м семест- ре, значительное место занимает раздел «Динамика машинного агрегата». Многие задачи этого раздела рассматриваются на практических занятиях и решаются в курсовом проекте, который студенты выполняют в 5-м семест- ре. Для качественной работы над проектом и облегчения написания поясни- тельной записки и оформления графической части изданы и размещены в репозитории библиотеки БНТУ учебно-методические пособия, в соответст- вии с которыми разработаны компьютерные интерактивные программы. Эти программы используются студентами в компьютерном классе ка- федры при работе над курсовым проектом, причем непосредственно на эк- ране пользователь получает подробные инструкции по выполнению всех этапов расчетов и корректировке ранее принятых решений. Динамическое исследование включает в себя определение кинематических характеристик исполнительного механизма, определение динамических характеристик ди- намической модели машины, динамический синтез машинного агрегата по коэффициенту неравномерности вращения звена приведения, определение закона движения звена приведения. При этом первая часть работы состоит в разработке алгоритмов динамического исследования и выполнении предва- рительных контрольных расчетов и графических построений. Вторая часть включает в себя компьютерное исследование в диалоговом режиме с выво- дом на экран дисплея промежуточных и конечных результатов в виде на- глядной графической информации. Такой подход дает возможность иссле- дователю творчески осмыслить выбор технических вариантов решения кон- кретной задачи. Разработанные компьютерные программы могут быть использованы и при решении конструкторских задач по совершенствованию схем механизмов. 437 УДК 621.01 Методика вибродиагностики объекта виброзащиты с использованием прибора СД-21 Кудин В.В., Авсиевич А.М., Карабанюк И.А., Прузан М.А. Белорусский национальный технический университет При диагностировании механизмов наибольшее затруднение вызывает определение мест установки датчиков вибрации. Необходимо, чтобы они устанавливались как можно ближе к диагностируемому узлу. Необходимо учитывать способ крепления датчика вибрации и резонансные режимы, наблюдаемые в зоне исследования. Направления оси датчика необходимо ориентировать по линии действия силы, вызывающей вибрационный сиг- нал (виброперемещение, виброскорость или виброускорение). С целью получения более достоверной информации о динамике изменения вибро- сигнала рекомендуется датчики устанавливать в двух направления: верти- кальном и горизонтальном. Комплекс параметров вибрации практически полностью характеризует техническое состояние работающего механизма привода и, в принципе, позволяет прогнозировать возникновение неисправностей и аварий обору- дования. Основным направлением обработки вибросигналов механизма привода являются совместимое исследование и анализ связей сигналов, характери- зирующих вибрационное состояние его узла либо деталей. При анализе колебательные процессы рассматриваются как гармониче- ские. Для их описания достаточно знать частоту, амплитуду и начальную фазу. Так как в реальных условиях динамические процессы в большинстве случаев носят случайный характер, то при обработке и анализе информа- ции целесообразно применять методы теории вероятности и математиче- ской статистики. К характеристикам случайных величин относятся: дис- персия, которая характеризует отклонение значения случайной величины от ее математического ожидания; корреляционная функция, показываю- щая степень статистической зависимости между последовательными зна- чениями случайного процесса; спектральная плотность, описывающая распределение дисперсии колебательного процесса по частотам. При анализе процессов, близких к полигармоническим, график спек- тральной плотности представляет собой сумму пиков. Площадь под каж- дым пиком численно равна дисперсии характеристики колебательного процесса на данном диапазоне частот. В производственных условиях ко- лебательный процесс можно достаточно полно оценить амплитудой, час- тотой и начальной фазой на данной гармонике внешнего возмущения. 438 Процессы механической обработки материалов и режущий инструмент УДК 747.012 Современные подходы при цветовой композиция промышленного оборудования Бабак Т.Н., Яцкевич О.К. Белорусский национальный технический университет Цветовая композиция промышленного оборудования влияет на эргономические качества и, опосредовано, на его конкурентоспособность. Считается, что оценка продукта человеком на 90% основана на влиянии цвета. Поэтому цвет широко используется в маркетинге брендов, многие фирмы используют фирменный цвет, это увеличивает узнаваемость торговой марки до уровня 80% (www.colormatters.com). В станкостроении выбор цвета во многом определяется эргономическими требованиями. Большинство ведущих станкостроительных фирм используют в окрашивании своей продукции оттенки серого, от белого до черного, комбинируя их с одним из ярких цветов. Например, MAZAK, KAAST – с оранжевым, DMG – с бирюзовым, FPS – с желтым, KNUTH, EMAG – с синим, OKUMA, SPINNER – с темно-синим и HAAS – с брусничным. Фирма DOOSAN использовала в цветовой композиции с ахроматическими цветами синий цвет корпуса, добавив ярко-красный цвет надписей. Различные оттенки синего цвета при окраске станков использует OKUMA. Увеличение спроса на уникальность и персонализацию привело к тому, что более 50% компаний-производителей машиностроительной продукции инвестируют в дизайн. На сегодняшний день крупнейшие рынки промышленного дизайна сосредоточены в США, Китае, ЕС и Японии (см. рисунок). Эти регионы наращивают инвестиции в промышленный дизайн, что составляет около 0,3% ВВП. Согласно корпоративным планам, инвестиции в промышленный дизайн будут повышаться: Европа и США поставили цель до 2020 года увеличить долю инвестиций в ВВП с 2.8 до 3%. 0 5000 10000 15000 20000 25000 количество компаний, занимающихся промышленным дизайном Китай США Великобритания 440 УДК 621.74.04 Особенности технологии массового изготовления металлических и керамических деталей сложных конфигураций Григорьев Н.С., Ивашин Э.Я. Белорусский национальный технический университет PIM-технология (powder injection molding) – литьё порошковых смесей, используется для производства металлических (MIM) и керамических (CIM) изделий сложного профиля с достаточно высокими требованиями по точности (9–10-й квалитет) практически без отходов материала и последующей механической обработки. По этой технологии металлический или керамический порошок со связующим при температуре около 170°C под давлением заполняет пресс-форму, где происходит его затвердевание. Затем в печи для дебайдинга происходит термо-каталитическое удаление связующего из заготовки при температуре 110…130°С. После этого происходит спекание заготовки в готовое изделие при температуре до 1650°C. Наибольшее распространение для PIM–технологии получили исходные материалы Catamold компании BASF (Германия). В качестве исходного сырья (гранулят, фидсток) используют смеси тонких порошков и термопластичного связующего (полиацеталь). Используются порошки низко- и высоколегированных стали, оксидной керамики и т.д. Сравнение PIM-технологии с традиционными технологиями приведено в таблице 1. Таблица 1 – Сравнение PIM-технологий с традиционными технологиями Параметр Механ. обработка Порошковая металлургия Литье PIM Вес, г – 0,5…2500 – 0,01…200 Минимальный допуск, % <0,1 0,2…0,4 0,5…1 0,3…0,5 Плотность, % 100 92 99 96…99 Прочность, % 100 70 >95 >95 Толщина стенки, мм 1…100 2…20 2…20 0,5…15 Шероховатость поверхности Ra, мкм 0,16…5 2…5 5 1…2 441 УДК 621.9.04 Анализ методов управления топологией некруглых поверхностей при обработке с совмещенными движений профилирования и резания Данилов А.А. Белорусский национальный технический университет К компонентам топологии некруглой (многогранной) поверхности, обработанной при совмещении движений профилирования и резания, т.е. движением типа Фvs(В1В2), относятся ее отклонения 𝛿 от номинальной поверхности в виде выступов (не срезанной части припуска). Они образуются при профилировании поверхности методами прерывистого обката и касания из-за точечного контакта формируемых режущими кромками поверхностей резания с номинальной поверхностью детали. Высота отклонений 𝛿 определяется по известной зависимости 𝛿 = 0,125 𝑏2(1 𝜌1⁄ + 1 𝜌2⁄ ), где ρ1− радиус кривизны профиля некруглой поверхности; ρ2− радиус кривизны траектории точки режущей кромки в зоне контакта с образуемым профилем; b – расстояние между соседними точками контакта формирующих кривых с теоретическим профилем поверхности, анализ которой показывает возможность управления топологией поверхности с заданной геометрией (значением ρ1) за счет уменьшения величины b и увеличения значения ρ2. Расстояние b зависит от числа режущих зубьев инструмента, поэтому при окончательной лезвийной обработке некруглой поверхности следует применять мелкозубые инструменты. Однако возможность увеличения количества режущих зубьев ограничена диаметром инструмента, углом между режущими зубьями и др. В этой связи заслуживает внимания метод повышения точности за счет многократного профилирования поверхности в одном цикле обработки, который может осуществляться кинематическим (за счет кинематики станка) или геометрическим (за счет геометрии режущей части инструмента) методами. Наиболее просто многократное профилирование за один ход обеспечивается при обработке некруглых поверхностей дисковой фрезой с винтовыми режущими зубьями. Максимальное значение ρ2 (ρ2=∞) имеет место при профилировании некруглой поверхности методом обката некруглым или круглым эксцентрично установленным цилиндрическим инструментом. Профиль поверхности в этом случае не зависит от его диаметра, что позволяет для повышения точности профилирования применять двухпроходную обработку различными инструментами, например, вначале фрезой, а затем на этом же или другом станке шевером или иглофрезой. 442 УДК 621.9.04 Общие принципы синтеза рациональных схем обработки сложных поверхностей резанием Данилов В.А. Белорусский национальный технический университет Синтез схем обработки поверхностей является важным этапом функционального проектирования станка, т.к. допущенные здесь ошибки не могут быть компенсированы при его конструировании и изготовлении . Основные задачи синтеза схем обработки: - рациональное распределение функции формообразования между инструментальной и кинематической системами станка; - выбор общей схемы обработки – формы характеристического образа инструмента, траектории его перемещения относительно формируемой поверхности; одноцикловой или многоцикловой схемы обработки; - определение структуры и параметров исполнительных движений; - анализ схемы профилирования поверхности и условий работы режущего инструмента исходя из ее геометрии, точности формообразования и требований к стабильности геометрии резания; - оптимизация структуры исполнительных движений, например, путем исключения реверсивных и введения дополнительных движений, совмещения движений различного функционального назначения, задания рационального сочетания скоростей и направлений движений и т.п. Общими принципами синтеза рациональной кинематики формообразования сложных поверхностей резанием являются: - перенесение функции кинематики формообразования на инструмент, что обеспечивает упрощение кинематики станка и повышение его точности; - синтез структуры исполнительных движений, обеспечивающей благоприятные условия процесса обработки и работы механизмов станка; - совмещение исполнительных движений для упрощения кинематической схемы обработки и повышения производительности; - задание рационального сочетания скоростей и направлений элементарных движений или регулирование их скорости для управления формообразованием, схемой и условиями резания; - рациональное распределение элементарных движений между исполнительными органами станка исходя из условий обработки, требований к его универсальности и других факторов. 443 УДК 621.95 Эффективность процессов глубокого сверления спиральными сверлами Дечко Э.М., Ивашин Э.Я. Белорусский национальный технический университет Ведущими зарубежными фирмами производителями спиральных сверл, SANDVIK, MISUBISHI, GUHRING и др., предлагаются специальные конструкции спиральных сверл из быстрорежущих сталей и твердых сплавов с покрытиями для глубокого сверления, с оригинальными формами режущих лезвий, поперечных сечений, ленточек; с переменными углами винтовых канавок; с двойными-тройными заточками задних поверхностей; подводом СОЖ под высоким давлением с выходом нескольких отверстий различного профиля на задние поверхности и др. Утверждается, что специальные конструкции спиральных сверл для отверстий глубиной до 40d обладают виброустойчивостью, повышенной жесткостью и обеспечивают стабильный отвод стружки из зоны резания. Фирмы SANDVIK и MITSUBISHI, например, предлагают таблицы с рекомендуемыми формами и размерами, типами стружек при сверлении. Однако визуальная оценка типов стружек по таблицам, на наш взгляд, субъективна и во многом зависит от «человеческого» фактора. На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» БНТУ разработаны принципы интенсификации сверления глубоких отверстий в сталях шнековыми сверлами. Для оценки степени дробления стружек, образующихся при сверлении глубоких отверстий и исключающих периодические выводы инструментов, использовался ситовой анализ. Это позволяет построить гистограммы, кумулятивные кривые, кривые распределения размеров частиц, учесть диапазоны размеров частиц стружек при различных режимах резания и оценить стабильность стружкодробления. Кроме того, был выполнен анализ уравнений движения стружек в винтовых канавках сверл и установлено, что на условия устойчивого отвода стружки влияют размеры и масса частиц, трение между частицами стружек и сверлом, между частицами и стенками отверстия, угол подъема винтовых канавок; частота вращения сверла; заполнение канавок стружкой. Коэффициенты заполнения стружкой винтовых канавок с различными углами при увеличении скорости резания от 10 до 40 м/мин и ω = 35…600 составляют 1,5…4,0. При толщинах сердцевины сверл 0,5d стружка спрессовывалась, изменяла форму и сверло заклинивалось в отверстии. 444 УДК 621.951.1 Оценка эффективности испытания СОЖ при сверлении Дечко Э.М., Маркова Е.А., Кучинская А.А. Белорусский национальный технический университет Одним из резервов повышения производительности обработки металлов резанием является рациональное применение смазочно- охлаждающих средств. Для выявления наиболее эффективной марки СОЖ при глубоком сверлении спиральными сверлами были проведены сравнительные технологические испытания. В качестве основного показателя эффективности СОЖ был использован период стойкости сверла, определяемый временем работы сверла по достижении им максимального износа по задней поверхности hз=0,1 мм. Исследование проводилось при следующих условиях: диаметр сверла из Р6М5– 6 мм (2φ=125°, λ=12°), глубина отверстия – 18 мм; обрабатываемый материал – ст45, 12ХН3А, 14Х17Н2; марки СОЖ – МР-2У, Аквол-11, Укринол-1, Эмульсия Т; режимы резания – V=25 м/мин, So=0,06 мм/об. Количество обработанных деталей до достижения износа по задней поверхности сверла hз=0,1 мм представлены на рисунке 1. В результате анализа результатов испытаний выявлены марки СОЖ, сходные по своим смазочно-охлаждающим свойствам, что позволяет уменьшить их номенклатуру на предприятии за счет группировка свойств по обрабатываемым материалам и режимами резания. Рисунок 1 – Влияние типа СОЖ и обрабатываемого материала на стойкость инструмента 0 200 400 600 800 1000 1200 ст. 45 12ХН3А 14Х17Н2 Укринол-1 Аквол-11 Эмульсия Т МР-2У 445 УДК 621.9.011:517.962.1 МКЭ-анализ инерционного демпфирования осевых колебаний крупногабаритного ползуна СФР-станка Довнар С.С. Белорусский национальный технический университет Для белорусского тяжелого сверлильно-фрезерно-расточного (СФР) станка (рисунок 1, а) рассмотрена задача осевого (вдоль Z) демпфирования резонансов крупногабаритного ползуна R. Предложено создать комплект из трех одномассовых колебательных систем (ОКС, рисунок 1, б). Грузы для двух ОКС уже существуют в конструкции станка. ОКС проявляют антирезонансные эффекты и гасят осевую раскачку ползуна. Виртуальное исследование конструкции проведено с помощью МКЭ. Найдены три осевых резонанса: MS1 (~14 Гц, изгиб стойки), MS3 (~26 Гц, осцилляция ползуна на винте) и M-Ax (~190 Гц, колебания шпинделя на подшипниках). АЧХ показали, что демпфировать нужно MS1 и MS3. а б Рисунок 1 – СФР-станок типа «Подвижная стойка» (а; A или ST – стойка; B – шпиндельный узел, со шпинделем 1 и гильзой 2; C – суппорт; R – ползун; M – главный двигатель) и комплект ОКС (б; пружина SM и двигатель M, пружина SW и груз W, пружина SC (осевая ШВП) и весь ползун R) Подобраны параметры ОКС «SW – W». Найдены коэффициенты вязкого трения, обеспечивающие оптимальное гашение. Это в пять раз ослабляет пик резонанса MS3. Вдвое уменьшается амплитуда осцилляций по моде MS1. Окончательное блокирование MS1 должна совершать ОКС «SM –M» на базе главного двигателя станка. 446 УДК 621.9.011:517.962.1 Исследование резонансной картины вертикального инверторного станка с помощью МКЭ-анализа Довнар С.С., Сметанко А.А., Якимович А.М. Белорусский национальный технический университет, ОАО «МЗАЛ» Для нового белорусского станка проведены виртуальные испытания в статике и динамике с помощью МКЭ. Проведены статический, модальный и гармонический анализы. В диапазоне 30…250 Гц выявлено 12 разнообразных резонансных мод (рисунок 1), способных возбуждать колебания по всем осям станка. АЧХ некоторых представлены на рисунке 2. а б Рисунок 1 – Резонансы станка на частотах 48,7 Гц (а) и 232 Гц (б): 1 – деталь, 2 – инструмент, 3 – револьверная головка, 4 – шпиндельная бабка, 5 – суппорт, 6 – стойка, 7 – станина. Наибольшие возбуждения наблюдаются по X (рисунок 2), которая критична для точности обработки. На низких частотах (30…70 Гц) возбуждается станок с деталью (линия X Part E). На высоких частотах (130…200 Гц) наблюдается серия опасных резонансов для резца и револьверной головки (X Tool E). Для гашения раскачек обосновано применение полимербетонного заполнения полостей несущей системы (X Part C и X Tool C). Одновременно нужно активизировать антирезонансные модули управления в системе ЧПУ. Рисунок 2 – АЧХ станка в радиальном направлении X для детали (part) и резца (tool) в пустотелом (E) и бетонированном (С) исполнениях 447 УДК 621.951.1 Об устойчивости сверла в процессе резания Ивашин Э.Я., Дечко Э.М. Белорусский национальный технический университет Прочность сверла определяет максимально возможные подачи, а значит, и производительность обработки. В процессе резания на рабочую часть сверла действует осевое усилие, вызывающее нормальные напряжения, и крутящий момент, создающий касательные напряжения. Для сверл глубокого сверлении необходимо проверка на прочность рабочей части, исходя из определения величины максимально допустимой подачи и продольного изгиба. Этот расчет сводится к нахождению критической силы Pкр и сравнении ее с осевой силой P0. При определении критической силы длинное сверло можно рассматривать как предельный случай естественно завитого стержня с шарнирно-опертыми концами. В частности, для шнековых сверл диаметром d, имеющих толщину сердцевины (0,3…0,5)×d и вылет L=(20…40)×d, связь между вылетом сверла L и предельной осевой силой P0 может быть выражена формулой: 𝐿 = � 2𝐸𝐾1,6𝜋2𝑑4(25,6+27𝐾1,15)×𝑃0, (1) где Е – модуль упругости стали, К - относительная толщина сердцевины сверла. Для шнековых сверл осевая сила P0 связана с подачей S и диаметром сверла d следующей зависимостью: P0 = 250 ∗ 𝑆0,85𝑑0,6, (2) Подставляя выражение (2) в формулу (1) и преобразуя ее, получаем зависимость для максимально допустимой подачи Smax, мм/об, исходя из условий продольной устойчивости шнекового сверла диаметром d, мм, c вылетом L, мм: 𝑆𝑚𝑎𝑥 = (7,5 ∗ 103) ∗ � 𝑑1,4𝐾1,6(25,6+27𝐾1,15)×�𝐿 𝑑 � 2 0,85 . (3) 448 УДК 621.822.9 Влияние направления действия нагрузки на ресурс направляющих Колесников Л.А. Белорусский национальный технический университет Направляющие качения для станков выбираются по статической С0 и динамической С грузоподъемности. Эти величины должны превосходить с некоторым запасом эквивалентная нагрузку, действующую на каретку. Эквивалентная нагрузка FЭКВ определяется, исходя из комбинированной нагрузки Fcomb. Для Fcomb Rexroth предлагает следующую зависимость: Fcomb=│FY│+│FZ│, где FY и FZ – соответственно, боковая и вертикальная компоненты нагрузки. Если сила приложена под углом, то значение нагрузки на каретку будет превышать фактическое значение внешней силы. Наиболее опасный случай, когда сила приложена под углом 45о, тогда значение эквивалентной нагрузки в 1.414 раза превышает фактически действующую силу (рисунок 1, а). Причина такого влияния в том, что нагрузка, действующая на каретку, принимается равной не геометрической, а алгебраической сумме компонентов силы по модулю. На рисунке 1, б показана зависимость относительного ресурса направляющих в зависимости от направления действия силы. Когда сила действует под углом 45о, ресурс кареток без натяга падает почти в три раза, а с натягом 0.08 или 0.13 – в два раза. а) б) Рисунок 1 – Влияние направления действия нагрузки на эквивалентную нагрузку (а) и на ресурс направляющих (б) 449 УДК 621.9.06 Автоматизированное проектирование технологических операции, выполняемых на двухсуппортных токарных станках с ЧПУ Орукари Б. Белорусский национальный технический университет Наиболее трудоёмким этапом технологического проектирования является разработка операции, содержание и состав которых при изготовлении одних и тех же детали может быть различным, что приводит к необходимости решения многовариантных задач. При обработке заготовок на токарных станках с ЧПУ, оснащенных двумя суппортами с функцией независимого управления, многовариантность решаемых задач существенно возрастает. Процесс проектирования при этом связан с их поэтапным решением. На первом этапе проектирования технологической операции производится оценка возможности реализации необходимого для изготовления деталей кортежа технологических переходов на данной модели станка с ЧПУ. На следующем этапе решается задача формирования инструментального комплекта для каждой детали. С целью генерации вариантов назначения обрабатывающих инструментов для формообразования отдельных видов поверхностей заготовки сформирована база данных, в которую включены все возможные варианты использования инструментов для получения каждой элементарной поверхности. Размещение кода каждого инструмента в базе данных упорядочено с учетом станкоемкости технологического перехода. Функция независимого управления координатными перемещениями, которой оснащены станки, позволяет обеспечить оптимальное сочетание рабочих и вспомогательных ходов для правого и левого суппортов при их совместной работе. В связи с этим, разработана методика синтеза структуры операции, особенность которой состоит в том, что рассматриваемая операция описывается как система, состоящая из взаимосвязанных компонент. Причем каждая из компонент содержит информацию: элементарная поверхность- обрабатывающий инструмент-технологический переход. На заключительном этапе синтеза структуры операции решается задача установления последовательности выполнения технологических переходов. Варианты реализации технологических переходов по последовательности их выполнения устанавливаются посредством ряда проверок. Дополнительно проводиться анализ вариантов режимов обработки из множества допустимых. Окончательный выбор структуры технологической операции производится по критериям, отражающим экономическую эффективность выполнения обработки. 450 УДК 621.793 Трибологические свойства легированных покрытий на основе оксида алюминия Яцкевич О.К., Девойно О.Г., Кардаполова М.А. Белорусский национальный технический университет Термодиффузионная обработка керамических материалов на основе оксида алюминия для плазменного напыления выполняется введением в исходный оксидный порошок молибдена и бора. Термодиффузионное насыщение увеличивает адгезию и повышает пластичность покрытий, снижает коэффициент трения при сохранении высокой износостойкости, твердости и коррозионной стойкости. Испытания покрытий проводились на машине трения МТ-1 при линейной скорости вращения истирающего диска 2,3 м/с, нагрузке 30–70 Н, твердости диска 40–45 HRC. Установлено, что наибольшее влияние на значение коэффициента трения и интенсивность износа керамических покрытий со стальным контртелом оказывает как соотношение фаз оксида алюминия с кубической (γ) и гексагональной (α) кристаллической решетки, так и содержание молибдена и бора. Показано, что наименьший коэффициент трения в условиях сухого и смешанного трения может быть получен для составов с содержанием молибдена 6-8% и бора 8-10% в исходном порошке. Анализ интенсивности изнашивания при различных режимах показал, что покрытия Al2O3-Mo с оптимальным содержанием молибдена 6-8% проявляют наибольшую износостойкость при низких скоростях в паре трения и высоких нагрузках 35-45 МПа. В свою очередь, при низких нагрузках в паре трения 10-30 МПа и скоростях более 10 м/с рекомендуется применять покрытий Al2O3–В с содержанием бора 8-10%. а) Al2O3-Mo б) Al2O3–В Рисунок 1 – Износ покрытий на основе оксида алюминия, модифицированного различными легирующими элементами 451 Экономика и организация машиностроительного производства УДК 621:658.512.2:3.02 Формирование расчетных норм конструкторской подготовки производства Адаменкова С.И., Ефимчик Е.В. Белорусский национальный технический университет Значительный удельный вес в затратах на подготовку производства новой машины занимают затраты на конструкторскую подготовку производства. В структуре затрат Управления Генерального конструктора ОАО «АМКОДОР» преобладают расходы по оплате труда. Отнесение сумм ФОТ конструкторов основных конструкторских бюро (КБ) на конкретные модели новой техники обосновывает руководитель КБ, распределяя отработанное каждым конструктором время по моделям техники. Этот процесс носит формальный и субъективный характер, так как в его основе нет надлежащего учета и полностью отсутствует нормативная база трудоемкости конструкторских работ. Для проведения укрупненного нормирования трудоемкости работ КБ УГК по созданию новой техники необходимо выполнить следующее: исходя из стратегии развития предприятия, принять на уровне руководства и учредителей принципиальные решения по длительности технической подготовки производства машин разных типов; в рамках принятой длительности всей технической подготовки производства машины конкретного типа определить длительность отдельных стадий; по ходу конструкторской подготовки производства (КПП), установить усредненные соотношения (в%) трудоемкости основных этапов КПП техники; в рамках основных этапов конструкторской подготовки производства выделить комплексы конструкторских работ и установить нормативы трудоемкости их разработки, а также нормативы численности конструкторов для выполнения комплекса работ; принцип выделения комплекса работ основных КБ - на протяжении конкретного комплекса работ КБ работает автономно и не зависит от работы других конструкторских КБ УГК. Нормативная трудоемкость комплекса конструкторских работ (Тнi) определяется как произведение нормы численности конструкторов (Чi, человек/комплекс), занятых работой над проектированием машины на конкретном комплексе КПП, на длительность (Дi, в месяцах) для УГК комплекса работ и на месячный фонд рабочего времени конструктора (Фм). Нормирование комплексов конструкторских работ КБ позволит планировать реальную загрузку конкретных конструкторов и КБ, оптимизировать календарные план-графики работы УГК над созданием новых моделей машин на протяжении планового временного периода. 453 УДК 656.025:658.51 Влияние состояния системы логистики промышленного предприятия на его инвестиционную привлекательность Бутор Л.В. Белорусский национальный технический университет Система логистики является одной из главных обеспечивающих подсистем функционирования промышленных предприятий и оказывает прямое и непосредственное влияние на эффективность производственной деятельности, на себестоимость производимой продукции, на сроки выполнения заказов. Инвестиционная привлекательность является косвенным параметром, позволяющим с достаточной степенью достоверности определить общую эффективность деятельности промышленного предприятия. Чем выше по сравнению с аналогичными предприятиями инвестиционная привлекательность конкретного хозяйствующего субъекта, тем более эффективна его деятельность, и тем более продуктивно работают все производственные и вспомогательные системы. Наиболее типичными показателями логистической эффективности являются: оборачиваемость запасов, рентабельность собственного капитала, рентабельность логистических затрат, рентабельность инвестиций в логистические мощности, прямая прибыльность продукции, доля логистических издержек в продажах, логистические издержки на рубль зарплаты. В рамках анализа действующих методов и принципов управления системами логистики важно определять пространство целей управления, на основании которого составляются функциональные портфели и распределяется ответственность в процессе совершенствования системы логистики промышленного предприятия. Само пространство целей системы логистики промышленного предприятия должно строиться на основании набора параметров, отражающих специфику управления системами такого типа. Использование такой модели позволяет обеспечить требуемый уровень инвестиционной привлекательности за счет манипулирования показателями состояния системы логистики промышленного предприятия. Применение критерия инвестиционной привлекательности для совершенствования системы логистики является оправданным только при наличии стратегии развития, направленной на повышение эффективности бизнес-процессов. 454 УДК 519.8:658.51 Экономико-математическое моделирование протекания процесса транспортного обслуживания промышленных предприятий Бутор Л.В. Белорусский национальный технический университет Одной из важнейших задач системы оптимизации грузоперевозок является проектирование транспортной сети, позволяющей формировать транспортные маршруты между заданными наборами пунктов доставки грузов таким образом, чтобы себестоимость их реализации была наименьшей по сравнению с другими возможными маршрутами и соблюдались заданная очередность транспортного обслуживания. Общий алгоритм создания модели транспортных потоков: 1) моделирование спроса; 2) моделирование сети; 3) анализ параметров транспортных средств; 4) расчет нагрузки на участки сети; 5) конфигурация маршрутов и параметров транспортного потока; 6) анализ и прогноз информации. Задача заключается в моделировании элементов системы для нахождения потребности в транспортных и погрузочно-разгрузочных средствах, обеспечивающей оптимальную надежность процесса перевозок. В качестве критерия оптимальности принимается минимум потерь суммарной производительности транспортных средств и обслуживающих механизмов. Данный критерий, используя показатели замкнутой модели массового обслуживания, можно представить в виде где λi – параметр потока требований, создаваемый i-ым транспортным средством в единицу времени; М1n, M1p – среднее число автомобилей, простаивающих в ожидании соответственно на пунктах погрузки и разгрузки в единицу времени; µ1, µ2 – интенсивность обслуживания соответственно погрузочными и разгрузочными механизмами; Nn1, Nn2 – среднее число соответственно простаивающих погрузочных и разгрузочных средств. Экономико-математическая модель с программной реализацией позволяет в каждом конкретном случае обосновать потребность в транспортных и погрузочно-разгрузочных средствах, рассчитать и предложить кратчайший путь для маршрута следования автомобиля, а также рассчитать временные параметры возможного процесса перевозки грузов. 455 УДК 338.22 Аутсорсинг во вспомогательном производстве Василевич В.И. Белорусский национальный технический университет Главным источником экономии затрат с помощью аутсорсинга является повышение эффективности предприятия в целом и появление возможности освободить соответствующие организационные, финансовые и человеческие ресурсы, чтобы сконцентрировать усилия на выполнение основных функций предприятия. Повышение эффективности работы машиностроительных предприятий возможно при широком развитии аутсорсинга во вспомогательном производстве. Важнейшим резервом экономии расходов на обслуживание основного производства является сосредоточение вспомогательных процессов на крупных специализированных предприятиях, изготовляющих инструменты, тару, запасные части, выполняющих строительно-монтажные и ремонтные работы. Здесь является перспективным создание не только внутриотраслевых, но и крупных межотраслевых специализированных вспомогательных производств, особенно инструментальных, ремонтных и тарных. Централизация и специализация инструментального, ремонтного и других вспомогательных производств развита слабо на данном этапе, что сдерживает развитие конкурентоспособности основного производства. Основными путями снижения стоимости и повышения качества ремонтов являются: обеспечение на основе аутсорсинга потребности предприятий запасными частями для ремонта, централизации выполнения ремонтных работ, оказание услуг по техническому обслуживанию оборудования. Например, высокая эффективность специализированного производства запасных частей обеспечивается тем, что изготовление их в условиях завода обходится в 3-5 раз дороже отпускной цены специализированного предприятия Развитие аутсорсинга в инструментальном производстве также является необходимым объективным условием повышения эффективности производства на предприятиях промышленности. Только для самых крупных предприятий рационально иметь инструментальные цехи, а остальные, более мелкие предприятия не должны иметь инструментальных производств и их потребности должны удовлетворять специализированные инструментальные завода на основе аутсорсинга. 456 УДК 339.138 Применение таргетинга на рынках продукции промышленного назначения Глубокий С.В., Бузук В.В. Белорусский национальный технический университет Сегодня маркетологи все больше переходят от методов массового и дифференцированного маркетинга к технологии целевого маркетинга (таргетинга), который помогает им полнее выявлять имеющиеся маркетинговые возможности. Для каждого целевого сегмента или даже узкой рыночной ниши предприятие может разработать адекватный вариант товара или услуги. Для обеспечения эффективного охвата сегмента маркетологи могут варьировать цены, каналы сбыта, рекламные усилия. Таргетинг требует проведения трех основных мероприятий: 1) сегментации рынка; 2) выбора целевых сегментов и узких рыночных ниш; 3) позиционирования товара на сегментах рынка или рыночных нишах. С сегментацией тесно связана такая маркетинговая процедура как позиционирование – установление и объявление позиции продукта на рынке, то есть его положения в ряду конкурирующих торговых марок в данной товарной категории. Реализация стратегии позиционирования тесно связана с процессом создания положительного имиджа марки в целом и демонстрации потенциальному потребителю конкретных преимуществ товара или услуги по сравнению с конкурентными аналогами. Последнее действие иногда рассматривают как отдельную процедуру – дифференциация, которая особенно важна при использовании методов таргетинга, предполагающего целенаправленную работу в небольших сегментах рынка. В ходе дифференциации маркетолог инициирует создание отличительных признаков продукта, которые будут востребованы рынком. Маркетер доводит до потребителя соответствующую информацию, акцентируя внимание не на всех характеристиках продукта, а именно на этих существенных отличиях (при таргетинге – на признаках, привлекательных для узкого целевого сегмента). Основным инструментом таргетинга становится морфологический ящик в виде сетки сегментации – многомерной таблицы, где каждому сочетанию характеристик продукции промышленного назначения соответствует тот или отраслевой сегмент рынка. 457 УДК 621:658.512.2:3.02 Взаимосвязь оплаты труда с интенсивностью работы конструкторского бюро Ефимчик Е.В. Белорусский национальный технический университет Одной из существенных проблем отечественного машиностроения является наличие определенного отставания от мировых тенденций развития отрасли за счет более длительных сроков технической подготовки производства новых моделей техники. Так, например, на смену базовой модели ковшового погрузчика у ведущих европейских и американских производителей уходит 3-4 года, а у ОАО «Амкодор» - 5– 7 лет. Ускорить конструкторскую подготовку производства новой техники на машиностроительных предприятиях республики возможно за счет прямой увязки материального стимулирования конструкторов с интенсивностью их труда (с учетом опережения роста производительности труда по отношению к его оплате). Для объективной оценки уровня интенсивности работы конструкторов необходимо прежде всего разработать и внедрить плановые нормы трудоемкости конкретных видов конструкторских работ (Тпл), что позволит планировать как трудоемкость, так и загрузку конструкторских бюро (КБ) на период (месяц, квартал, год). Оценка фактической загрузки работников основных конструкторских бюро может быть произведена путем расчета коэффициента интенсивности работы КБ в периоде (Ки, в %) по формуле Ки = (Тф/Тпл) *100, где Тф – нормативная трудоемкость работ, фактически выполненных сотрудниками КБ в периоде, в нормо-чел.-часах; Тпл – нормативная трудоемкость плановых работ сотрудников КБ в периода, в нормо-чел.- часах. (Тф и Тпл рассчитываются исходя из установленных на предприятии дифференцированных норм). Если расчетный коэффициент (Ки) интенсивности работы в периоде: больше 100%, то основное КБ работало с повышенной интенсивностью; равен 100%, то основное КБ работало с плановой интенсивностью; меньше 100%, следовательно, сотрудники КБ были недозагружены. Увязка размера премии конструктора с ростом интенсивности его труда явится существенной мотивацией для ускорения конструкторских разработок и роста объемов выполняемых конструкторским бюро в отчетном периоде работ по созданию новой машиностроительной техники. 458 УДК 336.6 Оптимизация структуры капитала как инструмент санации промышленного предприятия Зеленковская Н.В. Белорусский национальный технический университет Современный экономический анализ является существенным инструментом санации промышленных предприятий. Оптимизация структуры капитала невозможна без использования методов экономического анализа, которые позволяют выбрать решения, в наибольшей степени связанных с эффективной работой. Решать такие задачи необходимо с помощью математических методов оптимизации. Одним из этих методов является математическое программирование, включающее в себя как частный случай нелинейное программирование. Рассмотрим более подробно модель по оптимизации структуры капитала предприятия. В данной модели при постановке задачи будут не рассматриваются макроэкономическая ситуация в республике, которая отражается на функционировании предприятия, отраслевая принадлежность, конкретная область деятельности, специфика и размер предприятия. Управляемые параметры модели – данные из форм статистической отчётности, на основании которых делается вывод о финансовом состоянии предприятия: оборотные активы, краткосрочные обязательства, резервы предстоящих расходов, капитал и резервы, внеоборотные активы, валюта баланса, долгосрочные обязательства, краткосрочная просроченная кредиторская задолженность, долгосрочная просроченная кредиторская задолженность. Ограничение модели - отсутствие неположительных значений. В целевой функции отражены коэффициент обеспеченности собственными оборотными средствами и коэффициент обеспеченности финансовых обязательств предприятия активами. Величина, обратная произведению этих коэффициентов, должна быть минимальной, так как характеризует степень платежеспособности предприятия. Применив разработанную математическую модель для оценки платежеспособности КУП «Чериковская ПМК № 280», получены оптимальные значения управляемых переменных, которые сделают структуру бухгалтерского баланса удовлетворительной, а предприятие платежеспособным. Таким образом, оптимизация структуры капитала, позволяет установить приемлемые пропорции использования собственного и заемного капитала, а так же обосновать необходимость привлечения дополнительного внутреннего и внешнего капитала. 459 УДК 336.6 Прогнозирование несостоятельности (банкротства) промышленного предприятия Республики Беларусь Зеленковская Н.В. Белорусский национальный технический университет Банкротство промышленного предприятия является результатом финансовой неустойчивости, к которому приводит отсутствие платежеспособности предприятия. За период с 2004 г. по 2013 г. в Республике Беларусь общее количество дел о банкротстве, находящихся в производстве хозяйственных судов Республики Беларусь увеличилось с 744 до 1629 дел. Такая тенденция вызывает необходимость систематического прогнозирования несостоятельности (банкротства) промышленных предприятий Республики Беларусь. Для того чтобы оценить влияние результативных показателей финансово-хозяйственной деятельности на уровень убыточности предприятий Республики Беларусь необходимо установить зависимости между показателями функционирования предприятий, то есть разработать механизм управления экономической состоятельностью. Для выявления формы и вида такой зависимости используется корреляционно-регрессионный анализ, который позволяет не только оценить влияние факторов, но и вывести уравнение зависимости от изучаемых факторов, которое можно использовать и для анализа, и для прогнозирования. Проведенная статистическая оценка промышленных предприятий Республики Беларусь за период с 2004 по 2014 гг. показала, что вероятность наступления банкротства зависит от: агрессивности внешней и гибкости внутренней среды предприятия; структуры собственного и заемного капитала; соотношения дебиторской и кредиторской задолженности; скорости оборачиваемости оборотных средств; уровня эффективности производственного процесса, которая связана с вложением средств в каждый производственный цикл. Если предприятие в состоянии профинансировать все последующие производственные циклы, то его с некоторой степенью условности можно считать экономически состоятельным по факту хозяйствования. Учет и непрерывное наблюдение за тенденциями развития данных показателей в целях отслеживания их увеличения или спада обеспечит высокую гарантированную достоверность выявления экономической несостоятельности и банкротства предприятия на ранней стадии. 460 УДК 338.34 Риски при использовании иностранных инвестиций на предприятиях Ивашутин А.Л., Хрусталёв С.Б. Белорусский национальный технический университет Риски, связанные с использованием иностранных инвестиций на предприятиях, зарегистрированных на территории Беларуси, многообразны. Но существует специфический риск, величина которого зависит от величины мультипликационного эффекта, который создают иностранные инвестиции в национальной экономике. Вопросам оценки и прогнозирования этого эффекта посвящено несколько авторских работ. Для оценки же влияния мультипликационного эффекта на риски необходимы дополнительные исследования. Как и в любом инвестиционном процессе при использовании иностранных инвестиций существует классическая дилемма соотношения между эффективностью и риском. Она проявляется применительно к трем основным субъектам: национальному правительству, иностранному инвестору, предприятию-реципиенту на территории страны. Более высокая общая мультипликация, с одной стороны, выгодна национальному правительству. Но выход иностранного инвестора из бизнеса может привести к большим потерям в национальной экономике из-за высокого мультипликационного эффекта. Мультипликация на первом шаге выгодна и иностранному инвестору. Однако он не имеет доступа к общему уровню мультипликации с точки зрения получения дополнительных доходов. При высоком уровне мультипликации существует высокая зависимость данного предприятия или данной отрасли от предприятий или отраслей-поставщиков материальных ресурсов, и любые проблемы в их деятельности в конечном итоге при большой мультипликации существенным образом отразятся и на рассматриваемом предприятии-реципиенте. Все это свидетельствует о повышенных рисках при использовании иностранных инвестиций. Поэтому данные об общей мультипликации на самом деле должны учитываться иностранным инвестором с точки зрения рисков и объемов инвестиционных вложений в белорусскую экономику. Количественные значения этой мультипликации, по нашему мнению, позволяют принимать более качественные инвестиционные решения. Логика оценки рисков предприятиями-реципиентами схожа с оценкой иностранных инвестиций национальным правительством: чем выше уровень мультипликации, тем выше риски и возможные потери для предприятия при выходе иностранного инвестора из бизнеса. 461 УДК658(075.8) Длительность производственного цикла как инструмент повышения конкурентоспособности машиностроительных предприятий Карпенко Е.М. Белорусский государственный университет Рынок машиностроительной продукции является высоко конкурентным. Общепризнан факт, что основными параметрами, определяющими способность товара побеждать в конкурентной борьбе, являются наилучшее качество при фиксированной цене или минимальная цена при фиксированном качестве продукции. Вместе с тем, в настоящее время, потребитель становится все более разборчивым, а продукция все более сложной. Потребитель желает получать гарантийные обязательства не только продавцов товаров, но и гарантии предприятий-товаропроизводителей. Возникает необходимость максимального сокращения времени от момента получения индивидуального заказа от потребителя до получения им уже готового товара. Таким образом, третьим важнейшим источником конкурентного преимущества наряду с ценой и качеством становится время изготовления (длительность производственного цикла). Сокращение необходимо осуществлять одновременно по двум направлениям: уменьшить рабочий период цикла и полностью ликвидировать или свести к минимуму различные перерывы. Все практические мероприятия по сокращению длительности производственного цикла вытекают из принципов построения производственного процесса, в первую очередь из принципов пропорциональности, параллельности и непрерывности. Сложный производственный процесс обычно состоит из большого числа сборочных, монтажных, регулировочно-настроечных операций, операций простых процессов, поэтому определение и оптимизация производственного цикла требуют не только больших затрат времени, но и нередко применения ЭММ для выполнения расчетов. Построение сложного производственного процесса во времени осуществляется для того, чтобы скоординировать выполнение отдельных простых процессов, получить необходимую информацию для оперативно- календарного планирования и расчета опережений запуска-выпуска предметов труда. Целью координации производственных процессов является обеспечение комплектности и бесперебойности хода производства при полной загрузке оборудования, рабочих мест и рабочих. 462 УДК658(075.8) Использование «домов качества» при оценке качества продукции предприятий Карпенко В.М., Петрович Н.Д. Белорусский государственный аграрный технический университет В практике машиностроительных предприятий широко используются традиционные методы контроля и оценки качества продукции: гистограмма (применяется для анализа значений измеренных параметров, но может использоваться и для расчетных значений); диаграмма Парето; диаграмма рассеяния; контрольные карты; причинно-следственные диаграммы (диаграммы Исикавы); метод расслоения (стратификации) данных; функция потерь Тагучи. Расслоение позволяет получить представление о скрытых причинах дефектов, а также помогает выявить причину появления дефекта, если обнаруживается разница в данных между «слоями». Основным недостатком всех указанных инструментов является то, что они рассматривают причинно-следственные взаимосвязи только в пределах двух смежных иерархических уровнях, что не позволяет управлять потерями в реальном масштабе времени. Одной из наиболее эффективных методик в области планирования качества является структурирование (развертывание). Основным инструментом СФК является таблица, получившая название «Дом качества». В ней отображается связь между фактическими показателями качества (потребительскими свойствами) и вспомогательными показателями (техническими требованиями). Этот метод позволяет устанавливать логические причинно- следственные взаимосвязи между неограниченным количеством иерархических уровней. Возникают предпосылки формирования управленческого воздействия задолго до того как нежелательные последствия станут очевидными. Важно точно определить момент начала управленческих действий, чтобы с одной стороны нежелательные процессы не стали бы еще необратимыми, с другой стороны, чтобы организацию не штормило, от слишком частых управленческих изменений. Такой метод позволяет принимать обоснованные решения по управлению качеством процессов. При этом удается избежать корректировки параметров продукта после его появления на рынке, а следовательно, обеспечить одновременно относительно низкую стоимость (за счет сведения к минимуму непроизводственных издержек) и высокую ценность продукта. 463 УДК 001.895 Проектирование кластера: причины ошибок в выявлении кластерных структур Комина Н.В. Белорусский национальный технический университет Процесс проектирования кластера начинается с выявления наиболее перспективного направления экономической деятельности. Для этого различные отрасли проверяются на соответствие рыночному объединяющему фактору. Затем предприятия выбранного направления проверяются на наличие объединяющих факторов, потому что, несмотря на перспективность всего направления, отдельные компании могут не соответствовать условиям включения в кластер. В этом случае, анализируются причины, которые могли бы изменить ситуацию и усилить действие объединяющих факторов на данном предприятии, которое включается резерв проектируемого кластера. После первоначального отбора субъектов хозяйствования, проектируются связи между ними и оценивается экономическая эффективность кластера. Принципиальное отличие предлагаемого алгоритма от существующих, состоит в том, что первоначально отбираются предприятия, которые способны использовать преимущества кластера для повышения эффективности своей деятельности, а лишь затем проектируются связи между ними и оценивается экономическая эффективность. Большинство существующих подходов к проектированию агломератов сводятся к попытке моделирования хозяйственных связей между предприятиями, не учитывая наличие или отсутствие объединяющих факторов, без которых кластер не может быть эффективным и устойчивым . То есть существующие подходы к проектированию кластеров, практически, игнорируют, необходимость наличия высокой организационной культуры на предприятии и мотивации к поиску новых средств повышения эффективности производства. Предприятия рассматриваются как совокупности оборудования, технологии, транспорта и площадей. Предполагается, что достаточно объявить выбранные предприятия кластером и они будут вести себя как кластер. Но этого не происходит. В предлагаемом алгоритме выбираются предприятия и компании, которые готовы к кластерным отношениям и которых изменение рыночной ситуации стимулирует к созданию кластеров. Для этого отбираются предприятия соответствующие объединяющему фактору синергии и рыночному фактору. 464 УДК 001.895 Оценка экономической эффективности кластера Комина Н.В. Белорусский национальный технический университет При традиционном подходе к оценке эффективности кластера рассчитывается максимальная экономия, получаемая вследствие агломерации. Однако на практике не все предприятия могут использовать преимущества кластера. Поэтому часто расчеты оказываются неверными, и объединение предприятий в кластер не дает рассчитанного экономического эффекта. При предлагаемом подходе к проектированию структуры кластера, выбираются предприятия, которые смогут использовать преимущества этого агломерата, поэтому расчетные показатели экономии близки к реальным, хотя и носят оценочный характер. Оценка эффективности кластера необходима для сравнения предлагаемых кластерных структур и выбора оптимального варианта. Расчет эффективности осуществляется по трем направлениям, соответствующим трем объединяющим факторам. Фактору синергии соответствует снижение издержек, экономия ресурсов, ускорение внедрения инноваций. Определение синергетического эффекта от снижения текущих издержек, экономии затрат является практически наиболее важным, сокращение расходов представляет собой надежный источник синергетического эффекта; этот показатель наиболее вероятен в достижении и его значительно легче измерить. Суммарный показатель экономии операционных издержек определяется по формуле: СЭОП =СЭзак + СЭиннов + СЭобор где СЭзак – показатель экономии затрат при закупке сырья, материалов, продукции, услуг за счет скидок к закупочным ценам в связи с увеличением объемов; СЭиннов – показатель экономии при внедрении инноваций за счет централизации разработок, ликвидации дублирующих участков, оптимизации использования информации; СЭобор – показатель синергетического эффекта от оптимизации загрузки производственного оборудования и увеличения выпуска продукции: Данный показатель экономии рассчитывается для всех предприятий, входящих в кластер. 465 УДК 658.(073.8) Анализ структуры затратного механизма обновления технических систем Королько А.А., Королько А.С. Белорусский национальный технический университет Материальной основой изменения затрат и результатов производства является кругооборот основных средств, основным элементом которого является кругооборот орудий труда, характеризующий степень обновления оборудования и во многом обуславливающий эффективность производства. Переход на новые формы хозяйствования, основанные на принципах рыночных отношений, создает предпосылки рационализации этих процессов. Однако важно выявить основные негативные стороны существующего хозяйственного механизма и проанализировать факторы низкой эффективности создаваемой новой техники и процессов обновления орудий труда. При этом возникает задача обоснования концепции эффективного антизатратного механизма процессов обновления и развития технических систем. В условиях высокоцентрализованной системы управления использование амортизационного фонда для накопления и расширенного воспроизводства средств труда послужило одной из основных причин замедления их кругооборота и увеличения доли изношенного оборудования. В результате нецелевого использования амортизационного фонда заметно вырос износ оборудования. При этом средний срок службы оборудования составил 25 и более лет, что привело к существенному роста издержек4 производства продукции. Как показали исследования, расходы на содержание и эксплуатацию одного устаревшего станка на 30-40% в год больше, чем на содержание аналогичного нового. Причем затраты на ремонт физически и морально устаревшего оборудования в 3 раза превышают капитальные вложения в новую технику. Проведенный анализ позволяет сформулировать основные атрибуты затратной направленности хозяйствования в целом и процессов обновления технических систем в частности. К основным факторам роста затрат общественного труда можно выделить следующие: замедление кругооборота средств производства; преимущественное использование амортизационного фонда для нужд расширенного воспроизводства; затратная методология ценообразования; механизм развития технического потенциала безразличный к эффективности производственно- хозяйственной деятельности; рост запасов и дефицит материальных ресурсов и др. 466 УДК 658.(073.8) Основные направления формирования эффективности технических систем в условиях рыночных отношений Королько А.А., Королько А.С. Белорусский национальный технический университет Общей закономерностью развития технических систем является их дальнейшее усложнение, в связи с этим усложняется проблема обеспечения их надежности и долговечности. При этом требования, предъявляемые к уровню надежности, также возрастают, поскольку потери вследствие отказа технической системы адекватны степени ее сложности. Усложняются также процессы создания и освоения производства новой техники, увеличивается их трудоемкость и материалоемкость, фондовооженность и сложность управления. Эти и другие явления, характерные для периода ускоренного развития научно- технического прогресса, обостряют проблему качества продукции. Так, нередки случаи, когда создаются и осваиваются в производстве новые модели, а рост цен на них опережает увеличение их производительности, что приводит к увеличению фондоемкости и снижению фондоотдачи. В отраслях, применяющих такую продукцию с высоким техническим уровнем, ее параметры во многих случаях недоиспользуются. Причиной этих и других явлений в большинстве случаев следует считать превалирование технического подхода к определению качества технических систем производственного назначения. Мероприятия по улучшению качества нередко сводятся лишь к повышению технического уровня новой техники, забывая про другие показатели, определяющие качество продукции. Такая трактовка качества технических систем недостаточно ориентирует создателей новой техники на улучшение конечных результатов и применения и слабо увязана с задачами повышения конкурентоспособности продукции. Технические системы, являясь элементом производительных сил, находятся в диалектическом единстве с системой производственных отношений. Влияние производственных отношений на уровень экономической эффективности технических систем требует более детального исследования. При этом важно определить основные причины хозяйственного механизма, обусловливающего низкую эффективность обновления орудий труда. Это особенно важно в переходный период развития экономики при формировании новых форм производственных отношений, основанных на рыночных принципах. 467 УДК 338.583 Проблемы расчета реальной добавленной стоимости на машиностроительных предприятиях как критерия эффективности производственного процесса Короткевич Л.М., Барсуков А.А. Белорусский национальный технический университет Для любого государства мира важным моментом осознания своей независимости и индивидуальности в мировой экономике является понимание своей специализации. При этом актуальным стал вопрос о том, как много собственного вклада данной страны в произведённых ею товарах и оказанных услугах, так как зачастую большинство необходимых ресурсов предоставляются извне. В итоге в стране останется небольшая доля от выручки, наибольшая же уходит как оплата. Упомянутым выше собственным вкладом является Подтверждением актуальности расчёта добавленной стоимости является отражение её в стандартной международной методологии, разработанной ООН и др. в рамках построения системы национальных счетов (СНС), которая принята и в Республике Беларусь и Российской Федерации. В Республике Беларусь методика расчёта добавленной стоимости на уровне организации и производительности по добавленной стоимости отражена в специальном постановлении, согласно которому экономический эффект максимизации добавленной стоимости организации выражается в реализации интересов: собственников, инвесторов, работников, государства. Однако с целью анализа необходимо добавленную стоимость привести в сопоставимый вид. Это обусловлено тем, что добавленная стоимость может вырасти не только за счет повышения эффективности деятельности предприятия, а за счёт факторов внешней среды: превышение темпов роста цен на экспорт над темпами роста импорта. Существуют следующие основные методы расчёта реальной добавленной стоимости: экстраполяция, простое дефлирование, двойное дефлирование. Для расчёта «реальной добавленной стоимости» с помощью метода двойного дефлирования используются индексы Ласпейреса, Пааше, Фишера. На сегодняшний день был осуществлён указанный расчёт на примере данных холдинга «АМКОДОР» для фронтальных погрузчиков с учётом следующих индексов: индексы Ласпейреса (1,26), Пааше (1,41), Фишера (1,33). Таким образом, номинальный рост добавленной стоимости по документам составил 180 %, а рост «реальной добавленной стоимости» составил 133 %. 468 УДК 658.8 Разработка стратегии устойчивого развития машиностроительного предприятия Короткевич Л.М., Згирская О.А. Белорусский национальный технический университет По итогам проведенного анализа технико-экономических показателей работы ОАО «КБТЭМ-ОМО», а также SWOT-анализа, SNW-анализа, STEP-анализа, матриц МакКинзи, Портера и Ансофа можно говорить о том, что предприятие «держится на плаву». Однако при этом в предприятия существует ряд проблем: нуждается в дальнейшем развитии и выходе на новые рынки (рынок дальнего зарубежья); усовершенствование системы маркетинга; расширение номенклатуры товаров поставляемых на экспорт. На наш взгляд, наиболее существенной проблемой является проблема экспорта. Данная проблема существует на большинстве белорусских предприятий. Это обусловлено целым рядом причин: финансовое положение предприятия, отсутствие средств на модернизацию и обновление производственных мощностей; усиление конкуренции на рынках не только дальнего, но и ближнего зарубежья; вопросы валютной неурегулированности; недостаток специальных знаний и опыта работы в сфере экспорта у предприятия. Для решения данной проблемы на предприятии, целесообразно создать и в дальнейшем развивать стратегию диверсификации экспорта выпускаемой продукции за счет использования электронных площадок. Использование электронных – это современный и зарекомендовавший себя инструмент как в Республике Беларусь, так и далеко за ее пределами. Невзирая на затраты по уплате биржевого сбора, предприятие сможет сократить свои издержи по реструктуризации и, возможному, набору нового персонала. Также исключительно все сделки на биржевых торгах совершаются в соответствии с законодательством Республики Беларусь под надзором опытных сотрудников биржи. Следует отметить факт использования биржей электронных договоров и накладных, что также экономит время заключения сделок и повысит имидж предприятия. Исходя из тенденций развития площадки ППТ можно утверждать, что данный вид электронной торговли и дальше будет развиваться и прогрессировать, представляя продукцию отечественного производства на мировом уровне. Таким образом, использование площадки промышленно- потребительских товаров целесообразно в современных условиях и будет служить действенным инструментом для наращивания экспорта ОАО «КБТЭМ-ОМО». 469 УДК 338.22:001.895 Анализ влияния операционных и инновационных процессов на параметры устойчивого развития инновационно-ориентированных предприятий Костюкевич Е.Н., Богданович Д.Н. Белорусский национальный технический университет Инновационная деятельность, в рамках которой реализуются все инновационные процессы на предприятии, играет ведущую роль в развитии экономической системы, обеспечивая ее конкурентоспособность. Кроме того, доказано, что инновационная сфера формирует основу устойчивого экономического роста, является необходимым условием полноправного участия страны в мировом разделении труда. По данным Белстата за период с 2012 по 2015 г.г., удельный вес организаций, осуществлявших затраты на технологические инновации опустился с 22,7 до 18,9%, а удельный вес отгруженной инновационной продукции, в общем объеме отгруженной продукции организаций промышленности за этот же период упал с 17,8% до 13,1%, производство транспортных средств и оборудования сократилось на 21,3%, машин и оборудования – на 19,8%, электрооборудования, электронного и оптического оборудования – на 9,0%. Все эти тенденции не способствует устойчивому развитию предприятий и росту экономики. Под инновационно-ориентированным будем понимать предприятие, которое обладает высоким инновационным потенциалом, на постоянной основе производит и продает изделия с известными жизненными циклами и осуществляет НИОКР для разработки новых перспективных изделий и технологий. Инновационные процессы требуют больших объемов финансирования, что естественно снижает текущую (операционную) эффективность функционирования, однако более раннее начало продаж новых изделий гарантирует дополнительные доходы в форме шумпетерианской ренты. Операционно-инновационная программа (ОИП) должна решить задачу оптимизации объема, скорости и отдачи от инвестиций. При тактическом планирования важно определить структуру и источники инвестирования ОИП. Общий размер привлекаемых заемных средств не должен нарушать требование финансовой устойчивости и структуры капитала организации. Производственные и инновационные процессы должны способствовать долгосрочному развитию и финансовой устойчивости в краткосрочной перспективе, равновесию между рентабельностью и ликвидностью, оптимальному сроку начала продаж новых изделий, с целью максимизации ренты от обладания уникальными компетенциями. 470 УДК 336.531.2 Сущность и условия формирования системы инвестиционного обеспечения инновационных процессов Костюкевич Е.Н., Богданович Д.Н. Белорусский национальный технический университет Целевое бюджетное финансирование инновационных проектов Государственных программ остается достаточно низким и характеризуется отсутствием единого механизма координации и контроля за данным процессом. При объеме ВВП Республики Беларусь, составляющем около 76млрд.дол. США, изыскать средства одновременно на создание новых наукоемких производств и на техническое перевооружение традиционных секторов экономики внутри страны является проблематичным. Наша экономика требует гораздо больше инвестиций под инновационные проекты, чем сегодня ей предлагается. В современной экономике инновации и инвестиции становятся важнейшим условием перспективного роста и развития предприятий. Новые технологии и виды продукции во многом определяют лидерство, обеспечивают эффективное долгосрочное функционирование и конкурентоспособность предприятий. Инвестиционное обеспечение инновационных процессов представляет собой совокупность методов, моделей инвестирования, комплекса инвестиционных ресурсов для реализации стратегических целей и задач внутреннего и внешнего инновационного развития предприятий, заключающихся в получении доходов, приращении активов в будущем или достижении иного положительного эффекта. Оценить эффективность функционирования сформированной системы инвестиционного обеспечения в работе предлагается на основе частных оценок эффективности развития инновационных процессов, в числителе которых – величина относительного эффекта, а в знаменателе – величина относительного приращения инвестиционных затрат к величине капитала предприятия. В итоге комплексная оценка эффективности инвестиционного обеспечения инновационных процессов (Эиоб) может быть представлена в виде экстремума функции: Эиоб=X1·Эип+X2·Эит+X3·Эио+X4·Эии+X5·Эир→max, где X1,X2,X3,X4,X5 - весовые коэффициенты оценок эффективности инвестиций, соответственно, в создание новой продукции и расширение ассортимента выпускаемой продукции (Эип), в технологическое переоснащение и освоение высоких технологий (Эит), в совершенствование организационных структур (Эио), в создание и развитие инновационной инфраструктуры (Эии), в освоение новых рынков (Эир). 471 УДК 339.138 Стратегии инноваций промышленного предприятия Куневич О.В. Белорусский национальный технический университет В современный период развития экономики становится очевидным, что для большинства отечественных предприятий выход из кризиса связан с производством новой продукции, не только технически совершенной и качественной, а такой, что соответствует лучшим зарубежным аналогам и необходима отечественным и зарубежным потребителям, которая бы удовлетворяла их запросы. В связи с этим инновационная деятельность промышленных предприятий, использующих различные типы инноваций, является определяющим инструментом в конкурентной борьбе. Для промышленных предприятий актуально использование следующих стратегий инноваций (методов генерации новых идей): 1.Метод проб и ошибок (метод научного тыка). Является врождённым эмпирическим методом мышления человека. Также этот метод называют методом перебора вариантов. 2. Метод контрольных вопросов. Суть метода заключается в том что, изобретатель отвечает на вопросы, содержащиеся в списке, рассматривая свою задачу в связи с этими вопросами. 3. Метод аналогий. На основе выявлений аналогии с техническими объектами в другой области, с биологическими объектами, с объектами и явлениями неживой природы с помощью группы эвристических приемов осуществляется поиск новых идей и решений. 4.Метод фокальных объектов. Целью данного метода можно считать совершенствование объекта за счет получения большого количества оригинальных модификаций объекта с неожиданными свойствами. 5. Метод гирлянд ассоциаций и метафор. От метода фокальных объектов он отличается тем, что дает большое число сочетаний фокального объекта со случайными. 6. Морфологический анализ (морфологический ящик). Позволяет представить различные комбинации возможных реализаций параметров объекта, например цвета, формы и текстуры. 7. ТРИЗ - теория решения изобретательских задач. ТРИЗ представляет собой набор методов, объединенных общей теорией. 8. Метод «обратный мозговой штурм». Цель метода – составление наиболее полного списка недостатков (дефектов) совершенствуемого объекта и противоречий его развития, на которые направляется максимальная критика. 472 УДК 339.3:004 Организационные модели В2В торговых интернет-площадок Лавренова О. А., Дударчик А.С. Белорусский национальный технический университет В2В торговые интернет-площадки представляют собой веб-сайты, формирующие торговое пространство для контрагентов сектора B2B, и являются инструментами для осуществления торгово-закупочной деятельности в сети интернет. Торговая интернет-площадка объединяет решения для продавцов и покупателей: от делового взаимодействия до интеграции с бизнес-процессами участников, обеспечивает условия для заключения и сопровождения сделок, минимизируя временные и материальные издержки. Анализ показывает, что в настоящее время существуют различные подходы к классификации B2B-торговых Интернет-площадок: по признаку специфики деятельности и специализации, отраслевой принадлежности, по признаку создания и управления. С позиции модели организации взаимодействия контрагентов все B2B-торговые Интернет-площадки делятся на три группы: каталоги, аукционы и биржи. Все они расширяют торговое пространство и повышают эффективность доступа к нему для предприятий – продавцов и покупателей.Сайты-каталоги предназначены для консолидации спроса покупателей и предложений продавцов. Покупатели получают возможность сравнивать продукцию по нескольким параметрам, выбирая наиболее значимые для конкретной закупки. Сайты-аукционы для сектора B2B в основном предназначены для ликвидации предприятиями излишков продукции. Цена на продукцию устанавливается покупателями непосредственно во время торгов. Предприятия-покупатели имеют возможность осуществлять оптовые закупки по ценам ниже среднерыночных. Сайты-биржи позволяют предприятиям участвовать в электронных торгах, обеспечивая открытость процесса биржевых торгов при полной анонимности их участников. Цены на товар формируются на основе фактических спроса и предложения, в прямой зависимости от рыночной конъюнктуры. Предприятия-продавцы получают возможности реализовать излишки продукции по рыночным ценам и снижать издержки на реализацию.С точки зрения создания и управления «независимые» интернет-площадки, создаваемые не продавцами или покупателями, а третьей стороной – посредником, являются наиболее безопасными при совершении и сопровождении сделок, снижают риски недобросовестного взаимодействия продавцов и покупателей, несоответствия качества поставляемой продукции, несвоевременной оплаты или поставки. 473 УДК 004.738.1 Показатели эффективности веб-сайта и особенности их измерения Лавренова О.А. Белорусский национальный технический университет В условиях повсеместного проникновения интернет-технологий обязательным инструментом ведения бизнеса независимо от масштаба деятельности компании становится ее веб-сайт, который обеспечивает поддержку бизнеса практически без временных и географических ограничений, расширяет круг потенциальных клиентов компании. Для компании веб-сайт является современным инструментом маркетинговой службы, позволяет проводить рекламные мероприятия в сети Интернет, обеспечивает деловые коммуникации с клиентами и партнерами. В зависимости от концепции присутствия компании в сети Интернет веб-сайт технически может быть реализован как в виде одностраничной визитки, так и в виде полнофункционального веб-портала, являющегося частью инфраструктуры компании. Независимо от технического исполнения любой сайт требует затрат на свою разработку, поддержку и продвижение. Поэтому, принимая решение о создании нового сайта или модернизации уже действующего, руководство компании ожидает получить отдачу от вложенных средств, чаще всего в виде прибыли. Для объективного анализа текущего состояния и определения перспективных направлений развития веб-сайта необходимы измеримые показатели, например, KPI (англ. Key Performance Indicators). Ключевые показатели эффективности, представляют собой систему оценки, которая позволяет определить достижение стратегических и тактических (операционных) целей. Основным показателем на стратегическом уровне для сайтов компаний, как правило, является прибыль, а на тактических уровнях выделяется несколько показателей, зависящих от конкретных задач сайта (например, количество продаж, конверсия или глубина просмотра). Показатели связаны между собой, и, как правило, достижение тактических KPI обеспечивает достижение стратегических KPI. Измерение KPI оперативного уровня обеспечивают стандартные бесплатные системы веб-аналитики Google Analytics и Яндекс Метрика. На тактическом уровне для измерения KPI требуются данные о конкретных действиях, например, продажах, регистрациях или повторных посещениях и, следовательно, необходима связь CRM-системы с данными Google Analytics или Яндекс Метрики. Непосредственно на уровне владельца сайта оцениваются показатели стратегического уровня. 474 УДК 336.1 Деноминация: теоретические и практические аспекты Насонова И.В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Согласно Указу Президента Республики Беларусь от 04.11.2015 № 450 «О проведении деноминации официальной денежной единицы Республики Беларусь» с 1 июля 2016 г. будет проведена деноминация официальной денежной единицы Республики Беларусь. Деноминация, как правило, производится, когда в обращении оказывается слишком много денег. Государству приходится выпускать все более крупные купюры, деньги мелкого номинала становятся невостребованными, но при этом убирать их из обращения нельзя. В результате процесс оборота денег становится сложным из-за слишком больших чисел. Когда Национальный банк и правительство инициируют проведение деноминации, они традиционно преследуют следующие цели: сокращение расходов на выпуск новых купюр; упрощение расчетов; выявление скрытых доходов; укрепление национальной валюты. Проведение деноминации осуществляется в следующих условиях: в стране произошла гиперинфляция; кризис миновал, т. е. экономическая ситуация стабилизировалась, инфляция не превышает 12%, банки начали выдавать кредиты в условиях более мягкой денежно-кредитной политики. Положительным моментом деноминации 2016 г. является то, что о ней специально объявили заранее, чтобы все субъекты хозяйствования могли учесть это при разработке бюджетов. В 2015 г. по настоящее время в Республике Беларусь сложились положительные условия для проведения деноминации (сокращение денежной эмиссии, уменьшение объемов кредитования банками недостаточно эффективных государственных программ, тенденция к снижению потребительских цен). В этой связи проведение деноминации может стать дополнительным фактором снижения инфляционных ожиданий всех субъектов экономических отношений и повышения доверия к национальной денежной единице. Однако, если не будет реформ, направленных на переход от чрезмерной централизации управления и использования административно-командных методов управления к рыночным факторам роста, экономический эффект от нее будет недолгим, активизируются факторы, обусловливающие значительную инфляцию и формирующие предпосылки для роста курса доллара. 475 УДК 339.137 Подходы к оценке и повышению конкурентоспособности предприятия Плясунков А.В., Демяшкевич В.А. Белорусский национальный технический университет Современные условия ведения бизнеса, к которым относится стремительно меняющаяся конъюнктура рынка, жесткие условия конкуренции, стремительное развитие технологий, глобализация рынков, значительные колебания цен на ресурсы, их истощение и другие факторы подталкивают предприятия к более активному поиску путей повышения конкурентоспособности как продукции, так и предприятия в целом. Все большее число бизнес-процессов, которые еще десятилетие назад, казалось, не потребуют кардинальных изменений, сейчас могут быть полностью исключены. Например, целый ряд технологических процессов, начиная от получения заготовок и заканчивая чистовой обработкой детали, уже сейчас может быть заменен всего двумя основными процессами: созданием виртуальной модели и ее 3D печатью. Так как же оценить конкурентоспособность предприятия? Что должно быть фундаментом повышения конкурентоспособности? Существует шесть подходов оценки конкурентоспособности организаций, которые широко используются, но все более явно начинают не соответствовать экономическим реалиям: 1) с позиций сравнительных преимуществ; 2) оценка по теории равновесия организации и отрасли; 3) оценка по рыночным позициям организации; 4) определение соотношений издержки - цены, загрузки производственных мощностей, объемов выпуска продукции, нормы прибыли и т.д. 5) оценка производителя по качеству продукции; 6) матричная методика оценки конкурентоспособности «Бостонской консалтинговой группы». Все более очевидным становится смещение использования показателей от таких как материалоемкость, рентабельность основных средств и т.п. к показателям и подходам, в основе которых лежит скорость внедрения новых технологий, скорость изменения бизнес-процессов, эффективность изменений, способность формирования интеллектуальной собственности и ее использование эффективнее по отношению к конкурентам. Это позволит выявить позицию предприятия на рынке, а соответственно и уровень конкурентоспособности. 476 УДК 339.137.2 Подходы к оценке и повышению конкурентоспособности продукции Плясунков А.В., Демяшкевич В.А. Белорусский национальный технический университет На сегодняшний день существует множество методик оценки конкурентоспособности продукции. Конкурентоспособность продукции – это характеристика товара (услуги), отражающая его отличие от товара-конкурента как по степени соответствия конкретной потребности, так и по затратам на ее удовлетворение. Два элемента – потребительские свойства и цена – являются главными составляющими конкурентоспособности товара (услуги). Однако, рыночные перспективы товаров связаны не только с качеством и издержками производства. Причиной успеха или неудачи товара могут быть и другие (нетоварные) факторы, такие, как рекламная деятельность, престиж фирмы, предлагаемый уровень обслуживания. Одним из методов для комплексной оценки конкурентоспособности товаров (услуг) является смешанный метод, который позволяет выразить способность товара конкурировать в определенных условиях рынка через комплексный количественный показатель – коэффициент конкурентоспособности: где i = 1…n — число параметров продукции, участвующих в оценке; j = 1…n – виды продукции; Li – коэффициент важности (значимости) по сравнению с остальными существенными параметрами продукции; Pij – конкурентоспособное значение i-го параметра для j-ой продукции; Pin – желаемое значение i-го параметра, которое позволяет полностью удовлетворить потребность показателя; βi = +1, если увеличение значения параметра Pij способствует росту конкурентоспособности продукции (например, надежность, производительность изделия и так далее); βi = -1, если увеличение значения параметра Pij приводит к снижению конкурентоспособности продукции (например, вес, габарит, цена и другое). Комплексный анализ конкурентоспособности товара позволяет выявить основные направления повышения конкурентоспособности. 477 УДК 338.31 Обновление оборудования – одна из форм реального инвестирования Сахнович Т.А. Белорусский национальный технический университет Наращивание капитала, получение текущего дохода или решение определенных социальных задач – вот основные цели инвестиционной деятельности, которая представляет собой вложение средств (инвестирование). По объектам вложения капитала инвестиции предприятия принято делить на реальные и финансовые. Вложение средств в материальное производство, в материально-вещественные виды деятельности это и есть реальное инвестирование. Оно связанно либо с осуществлением операционной деятельности предприятия, либо улучшением условий труда и быта персонала. Можно выделить 8 основных форм реального инвестирования: 1) приобретение целостных имущественных комплексов; 2) новое строительство; 3) перепрофилирование; 4) реконструкция; 5) модернизация; 6) обновление отдельных видов оборудования; 7) инновационное инвестирование в нематериальные активы; 8) инвестирование прироста запасов материальных оборотных активов. Все перечисленные формы реального инвестирования могут быть сведены к трем основным его направлениям: капитальному инвестированию или капитальным вложениям (первые шесть форм); инновационному инвестированию (седьмая форма) и инвестированию прироста оборотных активов (восьмая форма). Выбор конкретных форм реального инвестирования предприятия определяется задачами отраслевой, товарной и региональной диверсификации его деятельности (направленными на расширение объема операционного дохода), возможностями внедрения новых ресурсо- и трудосберегающих технологий (направленными на снижение уровня операционных затрат), а также потенциалом формирования инвестиционных ресурсов (капитала в денежной и иных формах, привлекаемого для осуществления вложений в объекты реального инвестирования). Управление реальными инвестициями предприятия в современных условиях базируется на научном направлении «Управление проектами». В основе которого лежит современная системная методология осуществления всех процессов разработки и реализации инвестиционного проекта любого вида на протяжении всего его жизненного цикла, обеспечивающая эффективное достижение его целей. 478 УДК 658.011 Методика оценки производственного потенциала промышленного предприятия Сахнович Т.А. Белорусский национальный технический университет Производственный потенциал – совокупность долгосрочных, краткосрочных активов и трудовых ресурсов промышленного предприятия, определяющая производственную программу и производственную мощность предприятия в целом. Величину производственного потенциала можно рассчитать: , где CОС – стоимость основных производственных средств, СНМА – стоимость нематериальных активов, СОБ – стоимость оборотных средств, формирующих сферу производства, сферу обращения, а так же расходы будущих периодов, СППП – стоимость промышленно-производственного персонала (ППП) предприятия. , где ОССР – среднегодовая балансовая стоимость основных производственных средств предприятия, ЗМ – затраты на модернизацию основных производственных средств. , где НМАСР – среднегодовая балансовая стоимость нематериальных активов предприятия, ЗД – затраты на их доработку, усовершенствование. , где ФЗП – фонд заработной платы ППП предприятия, ФМП – фонд материального поощрения, ЗО – затраты на обучение кадров, ЗПП – затраты на переподготовку, ЗПК – затраты на повышение квалификации. Все элементы производственного потенциала взаимосвязаны и взаимозависимы. Они образуют сложную динамическую со смешанными связями систему ресурсов производства, которая должна чутко реагировать на изменение внешних объективных условий, быть гибкой по отношению к изменяющимся параметрам сырьевых ресурсов и требованиям рынка: ускорением обновления продукции, индивидуализацией и усложнения ее характеристик, а так же усилением конкуренции производителей. Таким образом, закономерности развития потенциала могут быть раскрыты не как отдельно взятые закономерности развития его составляющих, а только как их сочетание. 479 Горные машины УДК 629.331 Модернизация комплекса технологических машин для горной отрасли Басалай Г.А. Белорусский национальный технический университет Научная работа представляет собой инновационный проект по модернизация комплекса технологических машин для горной отрасли от белорусских производителей, выполненный коллективом студентов научно-творческого бюро «Горняк». За последние 50 лет белорусские геологи открыли важные для страны полезные ископаемые и подготовили базу для создания и развития строительной индустрии, производства калийных и карбонатных удобрений, добычи нефти, каменной соли, облицовочного и строительного камня, строительства оздоровительных учреждений на основе разнообразных минеральных вод. На территории нашей республики установлены значительные ресурсы и запасы бурых углей, горючих сланцев, сапропелей, железных руд, давсонита, редких металлов и высокоминерализованных рассолов, на основе которых могут быть организованы добыча и комплексная переработка минерального сырья. В настоящее время разработкой месторождений ПИ на территории республики занимаются крупные предприятия: Беларуськалий, Белоруснефть, Нерудпром, Белтопгаз. Годовые объемы производства минерального сырья и продукции для различных отраслей промышленности, строительства и сельского хозяйства, а также поставки на экспорт определяются миллионами тонн. В зависимости от горногеологических условий залегания ПИ, а также физико-механических свойств горных пород при разработке месторождений применяются пять основных технологических способов: открытый поверхностно-послойный, карьерный, подземный (шахтный), скважинный и подводный. Дальнейшая переработка и обогащение полезных ископаемых проводится на горных предприятиях (обогатительных фабриках), а также на передвижных дробильно- сортировочных линиях. Значительный объем горных работ, а также необходимость больших энергозатрат на добычу и переработку горных пород требуют применения в технологических процессах современных высокопроизводительных и эффективных машин и оборудования. Несмотря на значительный процент импортной техники и оборудования, эксплуатирующихся на горных предприятиях, белорусские 481 машиностроители совместно с научными, проектными организациями и конструкторскими бюро интенсивно развивают как по объему, так и по ассортименту производство отечественных технологических машин. Среди них к числу мировых лидеров по производству карьерной техники находится БелАЗ. Рудники и солеобогатительные фабрики ОАО «Беларуськалия» обеспечиваются технологическим оборудованием, произведенным в ЗАО СИПР «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством», а также ЗАО «Нива» и Литейно-механический завод «Универсал». Комплекс технологических машин для торфяной отрасли освоен на заводе «Амкодор-Пинск». В связи с выше изложенным коллектив НТСБ «Горняк» в своей творческой деятельности реализует следующую цель – разработка и организация производства комплекса отечественных технологических машин для интенсификации добычи и переработки полезных ископаемых. Для ее достижения решаются следующие задачи: – исследование перспективных способов разработки месторождений полезных ископаемых и рациональное использование земных недр Республики Беларусь; – анализ режимов работы исполнительных органов технологических машин при взаимодействии с горной породой; – разработка конструкторской документации и организация производства высокоэффективного технологического оборудования для добычи и переработки полезных ископаемых; – импортозамещение в горной отрасли и возможность экспорта горной техники. В результате теоретических исследований и анализа работы технологического оборудования в производственных условиях предлагаются к дальнейшей реализации ряд принципиально новых технических решений по модернизации горных машин и оборудования, защищенных патентами Республики Беларусь. Они обеспечивают: – повышение эксплуатационных показателей горных машин и разработка экологических мероприятий по инженерной защите окружающей среды при разработке месторождений полезных ископаемых на территории Республики Беларусь; – импортозамещение горного оборудования; – повышение производительности труда; – снижение удельных затрат энергии на единицу выпускаемой продукции или выполняемых технологических операций; – повышение надежности конструкций исполнительных органов горных машин. 482 УДК 621.928 Научные разработки кафедры «Горные машины» в области промышленной экологии Цыбуленко П.В. Белорусский национальный технический университет На кафедре «Горные машины» выполнены разработки эффективного оборудования и систем снижения вредных пылевых выбросов и утилизации отходов на промышленных предприятиях Республики Беларусь. Для тонкой очистки пылевых выбросов торфобрикетного производства разработан улиточный циклон, отличающийся от аналогов тем, что внутри корпуса установлена спиральная лента под определенным углом α, что позволяет уменьшить радиальный сток мелкой фракции пыли в отводящий патрубок. Это позволило при уменьшении габаритных размеров циклона увеличить эффективность пылеулавливания до 99 %. Для управления пылей в системах обеспыливания разработан осадитель камерного типа, для первой ступени сухой пылеочистки. Особенность конструкции состоит в том, что внутри прямоугольной камеры с подводящим и отводящим диффузором установлены отражательные под определенным углом элементы, предотвращающие поступление крупных фракций в отводящий трубопровод. Применение камерного осадителя позволило снизить энергозатраты на 10 – 15 % за счет сокращения гидравлического сопротивления, уменьшить габаритные размеры по сравнению с циклонами и повысить эффективность пылеулавливания до 95 %. Разработана технология утилизации отходов кокса литейного производства путем получения на торфобрикетном заводе торфококсовых топливных брикетов, которые по теплотворной способности превосходят чисто торфяные. УДК 622.363 Оценка энергоемкости прессования хлористого калия в вальцевых прессах Цыбуленко П.В. Белорусский национальный технический университет Определение энергетических затрат прессования материалов в вальцевых прессах является важным фактором в проектных расчетах. Гранулирование KCl на обогатительных фабриках осуществляется на вальцевых прессах, процесс которого требует больших затрат мощности. 483 Поэтому задачей исследований являлось разработки методики ее определения. Установлено, что процесс прессования KCl между прессующими валками происходит в две стадии. Сначала происходит частичное разрушение частиц, их переупаковка и сближение на расстояние, достаточное для межатомного взаимодействия. На второй стадии с увеличением давления происходит упругочастичное сжатие материала, резко возникает число контактов, что приводит к объемному упрочнению прессата. При высоких давлениях до 100 МПа происходит частичное образование расплава в месте контакта частиц. Процесс уплотнения между волками происходит в области угла захвата α, который должен быть меньше чем 2φ (угол внутреннего трения материала). Для определения мощности на прессование материала с заданным давлением р, Па предварительно на лабораторном прессе путем прессования строим диаграмму P = f(h), где h – ход штемпеля, м и определяем значения угла αi каждой стадии уплотнения. Затем находим усилия 𝐹𝑖 = 𝑃𝑖𝜋𝐷𝛼𝑖𝐿360 , Н, (1) где D – диаметр валка м, L – длина валка, м; и их направления действия на поверхности валков. Путем векторного сложения находят общую равнодействующую силу Fр и ее тангенциальную составляющую Т. Необходимая мощность определяется по формуле 𝑁 = 𝑇 𝐷 2 𝑈в, (2) где Uв – окружная скорость. УДК 622.277 Оптимизация параметров при обогащении МВТ Березовский Н.И., Лесун Б.В. Белорусский национальный технический университет В настоящее время стоимость составляющих компонентов сырьевых смесей для производства пористых строительных материалов в несколько раз превышают стоимость фрезерного торфа и переработанных топливных брикетов, поэтому их замена носит актуальный характер и позволит в будущем использовать результаты исследования при импортозамещении различных видов угля. Основным параметром оптимизации получаемой готовой продукции является ее плотность и прочность, которые зависят от эффективности 484 смешивания или усреднения параметров сырьевой смеси. Смешивание малых объемов с весьма большими требует значительного времени усреднения в больших емкостях. Для того чтобы снизить расход времени, применяют последовательное смешивание увеличивающихся объемов В производственных условиях наиболее удачными способами усреднения являются слоевой, реализуемый в штабелях, и конвейерный варианты продольного сдвига. На их основе можно создавать эффективные усреднительные системы. Однако оба эти способа требуют изучения с помощью моделей, которые отличаются наибольшей глубиной исследования процессов перемешивания. При этом основную информацию дает анализ связи спектров функции качества сырья до и после его усреднения или амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) способа, которые показывают, как меняются колебания функции качества на разных частотах. Функцией качества является, как правило, важные характеристики торфа – зольность и теплотворная способность. В качестве управляемых параметров при планировании эксперимента можно принять: - длину усреднительного штабеля; - режим поступления сырья в штабель; - направления перемещения фронта разгрузки сырья. Эффективность усреднения на карьерных складах может определяться общей дисперсией качества сырьевой смеси в отгружаемых со склада порциях смеси или критерием оптимальности при постановке эксперимента, который имеет вид: σ2→min. УДК 622.112(082) Качество смазки как диагностический параметр Тарасов Ю.И. Белорусский национальный технический университет При оценке фактического технического состояния проходческого комбайна избирательного действия перспективным направлением следует считать возможность согласования параметров вибрации и количественной и качественной оценки механических включений в рабочей жидкости. Комбинация этих двух методов базируется на использовании средств неразрушающего контроля, что дает возможность устанавливать сроки проведения технического обслуживания, ремонта и определять остаточный ресурс по формуле 485 Т = ⎩ ⎪ ⎨ ⎪ ⎧ �𝑡𝑘 + 𝑡𝑖 + 1ℎ , если 𝑡𝑖 + 1 < 𝑡𝑧 𝑖 𝑘=1 � 𝑡𝑘 + 𝑡𝑖|𝑈𝑛 − 𝑈𝑖=1||𝑈𝑛 − 𝑈𝑖−1|𝑖 𝑘=1 , если 𝑈𝑖 > 𝑈𝑛 , где ℎ − коэффициент, учитывающий неравномерность изменения исследуемого параметра; 𝑡𝑘 − время проведения диагностических измерений; 𝑈𝑖 − измененное значение контролируемого параметра на момент времени 𝑇𝑖; 𝑈𝑛 − предотказное значение контролируемого параметра. Рассмотренные методы в комплексе позволяют повысить достоверность прогноза технического состояния деталей и агрегатов. УДК 622.331 Мониторинг металлоконструкций горных машин Тарасов Ю.И. Белорусский национальный технический университет Анализ надежности карьерных гусеничных экскаваторов с зубчато- реечным напором типа ЭКГ показывает, что из общей структуры потока отказов 40% приходится на металлоконструкции экскаваторов. Чаще всего дефекты металлоконструкций проявляются в виде усталостных микротрещин металла и трещин сварных соединений. Распределение количества отказов рукояти по стажу работы машинистов экскаваторов типа ЭКГ-5А 486 Вместе с тем изменение максимальной скорости подъема ковша от 0,6 м/с (стаж работы машинистов 10-15 лет) до 0,87 м/с (стаж 1-5 лет) при копании горной массы приводит к возникновению дополнительных нагрузок в подъемных канатах, которые вызывают отказы оборудования. Имеющаяся информация позволяет сделать вывод, что максимальная скорость подъема ковша в период черпания горной массы не должна превышать 0,55 м/с. УДК 621.867.8:622.331 Зависимость коэффициента относительного скольжения фаз от массовой производительности при вертикальном пневмотранспорте измельченного торфа Петренко С.М. Белорусский национальный технический университет Действительные скорости ϑм торфяных частиц и ϑв воздуха определялись по методике [1] обработкой экспериментальных зависимостей перепада давления на участке вертикального пневмотранспортного трубопровода от приведенной скорости воздуха при различных массовых производительностях Qм по измельченному торфу. Коэффициенты относительного скольжения ε = ϑм /ϑв при одних и тех же значениях скорости несущей воздушной фазы возрастают с увеличением массовой производительности. Характерный вид зависимостей ε = f( Qм ) представлен на рисунке. Литература 1. Петренко, С.М. Методика определения действительных режимных параметров пневмотранспорта фрезерного торфа/ С.М. Петренко //Проблемы технологии и механизации разработки месторождений полезных ископаемых: сб. науч. тр.МНТК., Минск, 20 -23 февраля 2009 г. / Часть 1. –Минск, 2009. – С. 106 – 109. 0,5 0,55 0,6 0,65 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 К оэ ф ф и ц и ен т ε Производительность по материалу, Qm, кг/с Vv = 20 м/с Vv = 25 м/с 487 УДК 622.233 Математическая модель установившегося процесса горизонтального шнекового бурения Казаченко Г.В., Нагорский А.В. Белорусский национальный технический университет Практическая актуальность данной модели обусловлена необходимостью разработки методов и алгоритмов теоретического расчета оптимальных режимных параметров буровых станков в процессах установившегося шнекового бурения горизонтальных скважин для конкретных горно-геологических условий. Например, при подготовке к очистной выемке “выемочных столбов” и отработке геологически осложненных “мульдами погружения” участков калийного пласта. Инициирование релаксации горного давления в “мульде погружения” направленным буровзрывным воздействием предотвращает внезапные выбросы газа и жидкости при ведении очистных работ в длинных забоях. При шнековом бурении горизонтальных взрывных шпуров в глинисто- соляных и глинисто-доломитовых породах, обладающих высокой вязкостью и пластичностью, происходит “заштыбовка” буровой мелочью винтовой буровой штанги и ее заклинивание в залежи. Извлечение бурового инструмента без его разрушения, в таких случаях не представляется возможным. В качестве критерия оптимизации при математическом моделировании установившегося процесса бурения принята максимально механическая скорость проходки заданного интервала бурения. Для теоретического исследования создана замкнутая математическая модель установившегося рабочего процесса горизонтального шнекового бурения, в основу которой положено условие соблюдения в установившемся процессе бурения одновременно двух балансовых соотношений. Материального баланса по объему разрушаемой долотом на забое и транспортируемой шнековым ставом из шпура породы, и энергетического баланса между установленной мощностью приводов вращательно-подающего устройства станка и суммарными затратами мощности на выполнение всех операций проходки. Оптимизируемыми режимными параметрами в математической модели являются осевая скорость подачи и число оборотов бурильной колонны. Численное решение замкнутой системы уравнений с варьируемыми параметрами рабочего процесса представляется перспективным для создания табличных номограмм режимов в практическом бурении и при разработке систем автоматического управления приводами в горном машиностроении. 488 УДК 622.6.2 Влияние фракционного состава транспортируемого груза на величину динамической нагрузки Прушак В.Я., Миранович О.Л. ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с опытным производством» Влияние крупности кусков на величину динамической нагрузки подтверждено многочисленными экспериментами. Во всех существующих методиках выбора роликов кусковатость является одним из определяющих факторов. Поэтому многие исследователи ставили своей задачей изучение фракционного состава транспортируемого материала. Большинство ленточных конвейеров транспортируют породу, размеры кусков которой превышают 200 мм, а иногда и 500 мм. Даются сведения о распределении по кусковатости транспортируемого материала для подземных разработок, которые показывают, что преобладающими являются куски породы с размерами от 200 до 500 мм, составляющие, соответственно 60 и 72 % от общей транспортируемой массы. Важными факторами, влияющими на характер действующей нагрузки, являются неравномерность размещения груза на ленте, которая, в свою очередь, определяется неравномерностью потока груза, поступающего от забойного оборудования, и гранулометрический состав грузов. Как показывают исследования, современные средства и методы регистрации грузопотоков не позволяют найти статистические характеристики мгновенных значений грузопотока Q(t), а дают возможность статистически описать только усредненный на некотором мерном интервале времени Тм уровень грузопотока. Мерный интервал принят равным одной минуте. Проведенные исследования позволили установить, что характеристики случайного минутного грузопотока стационарны во времени, и основными из них являются математическое ожидание mQ, дисперсия DQ или, среднеквадратическое отклонение 𝜎𝑄 = �𝐷𝑄 , корреляционная функция RQ(τ), закон распределения P(Q). В результате проведенных работ на ряде горнорудных предприятий получены характеристики mQ, DQ, α (характеристика грузопотока) минутных забойных грузопотоков, а также установлено, что в спектре частот преобладают низкие частоты порядка 1-3 колебания в минуту, а также установлено, что в определенных режимах работы конвейеров реализуемые грузопотоки можно рассматривать как стационарные случайные процессы, обладающие свойством эргодичности. Основная энергия процессов сосредоточена в низкочастотной области 0 – 10 Гц. 489 УДК 622.6.2 Конструктивные особенности соединений конвейерных лент Прушак В.Я., Миранович О.Л. ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с опытным производством» Все многообразие конструкций соединений конвейерных лент можно разделить на три большие группы: механические соединения резинотканевых лент, вулканизированные соединения резинотканевых лент и соединения резинотросовых лент. Механические соединения резинотросовых лент по расположению соединительных элементов делятся на однорядные и многорядные. К однорядным относятся соединения крючкообразными скобами и шарнирные соединения. Принцип действия у шарнирных соединений и соединений крючкообразными скобами один и тот же. Шарнирное соединение состоит из двух половин, каждая из которых крепится на конце ленты пробитыми сквозь ленту зубцами или П-образной скобой. Прочность соединений П- образными и крючкообразными скобами достигает 77 % и 51 % прочности ленты, а долговечность 35 % и 19% срока службы ленты соответственно. Шарнирные соединения не плотны и могут допускать просыпание транспортируемого материала. При неточном обрезании кромок концов лента после стыковки получает неравномерное натяжение по ширине, что вызывает боковые смещения ленты. Многорядные соединения имеют большую прочность, чем однорядные, однако она ограничена неравномерностью распределения нагрузки. Кроме того, изготовление многорядных соединений более трудоемко, требует разделки концов лент. Горячевулканизируемые соединения резинотканевых лент отличаются значительно большей прочностью по сравнению с холодновулканизируемыми. Прочность ступенчатых соединений достигает 60 – 90 % прочности ленты, а долговечность – до 80 % срока службы ленты. Бесступенчатые клиновые соединения имеют прочность на 5 – 8 % выше, чем ступенчатые, такой же длины. Прочность соединений при горячей вулканизации на 10 % выше, чем при холодной. В настоящее время повсеместно используются только горячевулканизируемые соединения резинотросовых лент. При этом достигаются максимальная прочность связи резины с тросом. Таким образом, вулканизированные соединения обладают большей прочностью и долговечностью по сравнению с механическими. Однако прочность и долговечность вулканизированых соединений значительно зависит от качества выполнения работ и качества расходных материалов. 490 УДК 622.23.05 Бурение высокооборотным турбобуром с импрегнированным долотом на глубине более 5500 метров Березовский Н.И., Матвеенко Д.С. Белорусский национальный технический университет Скважина №1 Предречицкого месторождения – самая глубокая скважина Беларуси с глубиной 6755 м. При ее строительстве перед специалистами РУП «ПО «Белоруснефть» стояло множество проблем, одной из таких была высокая температура на забое скважины, достигавшая + 130°С, не позволяющая использовать обычные гидравлические забойные двигатели, по причине присутствия в конструкции резиновых и резинометаллических деталей. Подбор энергетических характеристик турбобуров для бурения скважины в интервале 5781 – 6340 м был осуществлен специалистами двух предприятий РУП «ПО «Белоруснефть» и ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент». Энергетические характеристики турбобуров для работы выбирались из учета работы импрегнированным долотом фирмы Hughes Christensen 7 7/8'' HH354G8 (код по IADC M841), возможного повышения плотности буровой жидкости (до 2000 кг/м3) в связи с возможным осложнением ствола скважины, а также из условия ограничения гидравлической мощности бурового насоса (23 МПа). За период эксплуатации двухсекционного 2Т-6¾ и односекционного турбобура Т-6¾ на скважине №1 Предречицкой площади были достигнуты следующие показатели: - снижены затраты времени механического бурения данного интервала более чем в 2 раза в сравнении с плановыми; - пробурено в общей сложности 559 метров, общее время механического бурения составило 249 часов, время общей циркуляции 536 часов; - оба турбобура при эксплуатации показали стабильную работу и подтвердили межремонтный период в 300 часов в достаточно сложных условиях работы. Выполненные работы турбобурами Т-6¾ при строительстве сверхглубокой скважины №1 Предречицкой площади в Беларуси показывают успешность направление развития турбинного бурения с импрегнированными долотами (алмазными долотами) при бурении твердых пород, требующих в основном истирающий тип разрушения при строительстве нефтяных и газовых скважин. 491 УДК 629.331 Пути модернизации исполнительного органа щеленарезной машины Ельницкий С.В. Белорусский национальный технический университет В работе проведена оценка энергозатрат на работу цепного бара щеленарезной машины. Применяемый на современных щеленарезных машинах типа «Урал-50», МВБ-140 или «Payls» цепной бар представляет собой тягово-приводную звенчатую цепь, оснащенную резцами. Схема крепления резцов на звеньях цепи при общей ширине прорезаемой щели 140 мм обеспечивает девять линий резания. Количество резцов типа РПЗ в каждой из четырех боковых (левых и правых) линий составляет: в первой и третьей – по 7 штук, во второй и четвертой – по 8, а в центральной – 13 штук, т. к. на пяти шагах из восьми применяется дублирование зубков. Скорость резания породы определяется линейной скоростью движения цепи по шине и равна 5,2 м/с. Техническая производительность машин при сопротивляемости пород резанию Ар = 450 Н/мм и глубине щели 1,2 м составляет около 1,5 п.м/мин. Затраты энергии на работу цепного бара в значительной степени зависят от физико-механических свойств слагаемых пород, положения прорезаемой щели по сечению горной выработки, режимов фрезерования, а также от конструктивных параметров исполнительного органа и типа резцов. Производительность машины зависит от эффективности транспортирования сфрезерованной массы из прорезаемой щели. В применяемой конструкции цепного бара транспортирование обеспечивается в основном за счет сообщения породной мелочи кинетической энергии в момент отделения ее от массива и последующих многократных контактах с передними плоскостями резцов. Предлагается снизить энергозатраты на фрезерование в породы и повысить производительность цепного бара по транспортированию породной мелочи, особенно при нарезании щели в почву выработки, за счет модернизации схемы расстановки фрезерующих резцов на тягово- приводной цепи, а также установкой транспортирующих элементов. Увеличение ресурса цепи бара можно достичь улучшением динамической балансировки его движущихся частей от сил сопротивления резанию, т. к. применяемая схема расстановки резцов вызывает поперечные колебания режущей цепи. * – Работа выполнена под руководством ст. преп. Г.А. Басалая. 492 УДК 629.331 Оценка эффективности аппаратов типа П-30 для сгущения шламовых и галитовых отходов Ильюкевич П.П. Белорусский национальный технический университет В калийной промышленности для сгущения шламового и солевого продукта с получением осветленного маточного раствора нашли широкое применение высокопроизводительные компактные сгустители «НПО «Пассат». Серийно изготавливаются сгустители 10 м и 18 м. Основные заказчики сгустителей П-30 – сильвинито-обогатительные фабрики ОАО "Беларуськалий" по выпуску калийных минеральных удобрений. Для сгустителей, работающих на флотационных пульпах, предусматривается система съема пены пеносъемниками в пеноприемник. Сгуститель комплектуется деаэрационной емкостью, которая выполняет функцию деаэрации пульпы и аппарата перемешивания и контактирования пульпы с флокулянтом. Сгуститель снабжен гребковым механизмом для эффективного удаления жидкой фазы и воздуха из зоны уплотненного осадка. В сгустителях П-30 проводится операция сгущения шламовых и галитовых отходов производства. В процессе сгущения шламовых отходов получается оборотный маточник, который возвращается в технологический процесс, и разгрузка, направляемая на складирование в шламохранилище. Сгущение галитовых отходов выполняется для обеспечения оптимальной плотности питания операции фильтрования. Направленная на сгущение нейтральная или кислая пульпа поступает в приемник-распределитель с решеткой, погруженный в раствор. При движении пульпы от центра к периферии ее твердые частицы оседают на дно сгустителя, а жидкая часть переливается через борт кольцевого желоба и направляется на дальнейшую переработку. Осевшие на дно чана твердые частицы с помощью перегребного механизма перемещаются к центральному выпускному отверстию и через периодически в виде сгущенной пульпы откачиваются. Производительность сгустителя рассчитывают по съему верхнего слива с 1 м3 площади сгущения. На нейтральной пульпе сгустители способны выдавать 3-5 м3 осветленного раствора на 1 м2/сут, а кислые сгустители (для которых требования к верхнему сливу по содержанию твердого менее строгие) – до 7 м3 на 1 м2/сут. В зависимости от режима работы сгустителя содержание твердого в сгущенной пульпе составляет от 40 до 50 % твердого, в верхнем нейтральном слое оно не превышает 1-2 г/л, в кислом достигает 80-100 г/л. 493 УДК 629.331 Требования к мобильным тягово-энергетическим средствам торфяных машин Антанович Д.А., Гутич В.М.* Белорусский национальный технический университет Технологический процесс производства фрезерного торфа базируется на выполнении основных операций мобильными машинами и машинно- тракторными агрегатами (МТА). Большая часть машин и МТА, производящих первичную переработку торфа и обеспечивающих его добычу, представляют собой прицепное оборудование к тракторам, как тягово-энергетическим средствам (МЭС). Значительная энергоемкость операций технологического процесса производства фрезерного торфа и слабая несущая способность разрабатываемых торфяных месторождений предъявляют жесткие требования к тягачам торфяных машин. Широкий шлейф машин и орудий, разнообразие и специфичность условий их эксплуатации в сочетании с явно выраженной сезонностью работ и региональными особенностями расположения торфодобывающих участков выдвигают в числе важнейших следующие показатели, которыми должны обладать современные МЭС торфяных машин и их перспективные модели. Они в целом вытекают из общих требований, предъявляемых к тракторам общего и сельскохозяйственного назначения, объединенных в три основные группы: технологические, технико-экономические и общетехнические. Следует также учитывать и специальные эксплуатационные качества, определяющие приспособленность МЭС к технологическим требованиям торфяного производства: - допустимость полной и остаточной деформации залежи под движителем, определяемая соответствием действительного давления в пятне контакта упруго-пластичным свойствам опорного основания; - допустимость буксования активного движителя; - вероятность потери проходимости и потери рабочего времени; - результаты многократного воздействия движителя на профиль поверхности технологических площадок. Отличительной особенностью фрезерного способа добычи торфа является необходимость в обработке машинно-тракторными агрегатами большого объема площадей. Это выдвигает в число главных требований технико-экономические качества, т. е. производительность и экономичность. Производительность торфяных машин зависит от ширины захвата и скорости движения машинно-тракторного агрегата (МТА), 494 т. е. от тяговых и скоростных качеств, а также от конструктивных и эксплуатационных факторов. Экономичность трактора определяется себестоимостью выполняемых работ и зависит от расхода топлива, смазочных материалов и их стоимости, расходов на техническое обслуживание и ремонт, срока службы деталей и других факторов. Топливная экономичность зависит, в основном, от удельного расхода топлива двигателей при различных режимах работы, от потерь, возникающих при движении МТА, а также от подбора передач. * – Работа выполнена под руководством ст. преп. Г.А. Басалая. УДК 629.331 Требования к колесным движителям тягачей торфяных машин Гутич В.М. Белорусский национальный технический университет Наряду с требованиями, предъявляемыми к тракторам в целом, разработаны также отдельные требования к ходовым системам сельскохозяйственных машин, которые в полной мере можно отнести и к движителям тягачей торфяных машин: тягово-сцепные; проходимость; экологическая совместимость с внешней средой; плавность хода и снижение динамических нагрузок; надежность; устойчивость; управляемость. Установлено, что существенное влияние на вышеперечисленные качества в колесных движителях оказывают как конструктивные особенности шин, так и схемы компоновки колес на ведущих мостах; в гусеничных – резинометаллические обводные ленты в сочетании с катками в виде пневматических колес высокого давления в сравнении с традиционной схемой конструкции гусеничного хода (звенчатая цепь с металлическими траками и жесткие опорные катки); а также пневмогусеницы – в полугусеничных и гусеничных движителях, каждые из которых, являясь основными элементами имеют значительные резервы для улучшения. Повышение проходимости и тягово-сцепных свойств современных колесных тракторов серийного исполнения на слабонесущих торфяно- болотных грунтах достигается комбинированным применением известных способов. Например, в тракторе со всеми ведущими колесами с принудительной и автоматической блокировкой устанавливают широкопрофильные шины с пониженным давлением воздуха в них, рациональное сочетание которых для определенных условий эксплуатации дает значительный эффект. * – Работа выполнена под руководством ст. преп. Г.А. Басалая. 495 УДК 622.112(082) Об инструментарии исследования процессов горных машин в курсовом и дипломном проектировании Таяновский Г.А., Басалай Г.А. Белорусский национальный технический университет Решение важнейших задач учебного проектирования горной техники направлено на приобретение студентами навыков практического обоснования структуры и параметров новых горных машин. Структура проектов включает информационный обзор по теме, его анализ, формулирование содержания решаемых инженерных задач, отыскание усовершенствованных технических решений, их сравнение по выбранным критериям и выбор наилучшего, на основе исследования рабочих процессов. Выполняется конструкторская проработка общего устройства выбранного варианта, инженерный расчет и разработка на уровне рабочей документации одной-двух сборочных единиц машины. Выбор наилучшего для заданных назначения и условий эксплуатации варианта машины требует конструкторско-изобретательской проработки вариантов структуры будущей машины и исследования статики и динамики их рабочих процессов. Для этого разрабатывают алгоритмы расчетов и программируют задачи исследования. Навыки алгоритмизации инженерных задач студенты приобретают в дисциплинах: информатика, моделирование и численный анализ в горном деле. При этом важно наличие у будущих инженеров навыков программирования задач динамики машин на используемых в КБ производителей горных машин удобных для практической работы алгоритмических языков. Расчеты по конечным формулам из теории горных машин студенты с успехом реализуют обычно в технологии электронных таблиц Excell. Решение же систем дифференциальных уравнений, описывающих неустановившиеся режимы движения приводов исполнительных органов и горной машины в целом, на изучаемом языке Turbo-PASCAL вызывают у них значительные затруднения и при отладке, и при выводе графиков исследуемых процессов, и из-за неудобства использования результатов расчетов. Это связано с большими неприемлемыми на практике затратами времени на программирование. Проще осваиваемые языки получивших сегодня наибольшее распространение для целей исследования и моделирования машин, при решении инженерных задач, программных приложений символьной математики – MathCAD и MatLAB дают студентам мощнейший современный инструмент для исследования процессов горных машин. 496 УДК 621.867.8:622.331 Влияние размера и плотности торфяных частиц на коэффициент относительного скольжения Петренко С.М. Белорусский национальный технический университет Значения коэффициентов относительного скольжения воздушной и твердой фаз определялись по методике [1] обработкой экспериментальных зависимостей перепада давления на участке вертикального пневмотранспортного трубопровода от приведенной скорости воздуха. Результаты обработки показали, что торфяные частицы с меньшими значениями среднего диаметра и плотности при пневмотранспорте в трубопроводах одинакового диаметра с близкими значениями массовых производительностей разгоняются до больших скоростей при одной и той же скорости несущей воздушной фазы. Вид зависимостей для двух образцов со средними диаметрами 1,8 мм и 5,5 мм (со скоростями витания 4,8 м/с и 10,8 м/с соответственно) − на рисунке. Зависимости относительного коэффициента скольжения частиц от действительных скоростей воздуха Литература Петренко, С.М. Методика определения действительных режимных параметров пневмотранспорта фрезерного торфа / С.М. Петренко // Проблемы технологии и механизации разработки месторождений полезных ископаемых: сб. науч. тр.МНТК., Минск, 20 -23 февраля 2009 г. / Часть 1. –Минск, 2009. – С. 106 – 109. 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 10 15 20 25 30 35 К оэ ф ф и ц и ен т от но си те ль но го ск ол ьж ен и я Действительная скорость воздуха , м/с d=0,0018 м r=845 кг/м3 Qм=0,6 кг/с d=0,0018 м r=845 кг/м3 Qм=1,38кг/с d=0,0055 м r=935 кг/м3 Qм=0,55 кг/с d=0,0055 м r=935 кг/м3 Qм=1,30 кг/с 497 Содержание Технические и прикладные науки Электроэнергетика 3 Теплоэнергетика 84 Экономика и организация энергетики 125 Энергетическое строительство 142 Энергоэффективные технологии 195 Информационные системы и технологии 210 Информационные технологии и автоматизация 248 Металлургические технологии 307 Литейное производство чёрных и цветных металлов 313 Порошковая металлургия, сварка и технология материалов 350 Обработка материалов давлением 381 Материаловедение в машиностроении 397 Теория механизмов и машин 428 Процессы механической обработки материалов и режущий инструмент 439 Экономика и организация машиностроительного производства 452 Горные машины 480 Научное издание НАУКА – ОБРАЗОВАНИЮ, ПРОИЗВОДСТВУ, ЭКОНОМИКЕ   Материалы 14-й Международной научно-технической конференции (69-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов БНТУ)   В 4 томах    Том 1    Ответственный за выпуск В.В. Ляшенко Подписано в печать 08.11.2016. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 29,00. Уч.-изд. л. 22,68. Тираж 100. Заказ 895. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.