CC BY
9
предложено использовать нейросетевую парадигму, потому что задачи идентификации текущего состояния электрооборудования можно отнести к задачам распознавания.
Также при разработке СППР и создании базы знаний на основе экспериментальных (текущих) данных невозможно учесть все ситуации системы, которые могут возникнуть, например, в результате погрешностей измерений датчиков (АЦП), отсутствия точной математической модели закономерности возникновения дефектов, отказа датчиков и т.п. Поэтому при работе СППР могут возникать несоответствия классификации ситуаций (возникновения нештатных ситуаций и невозможности выдачи правильного результата). Решением данной проблемы является использование в составе СППР нескольких экспертных систем. Например, в состав предложенной структуры СППР (рисунок 2) входит 2 экспертные системы. К заданиям первой экспертной системы можно отнести анализ текущих данных на основе накопленных знаний (зависимостей возникновения того или иного дефекта). К задачам второй ЭС входит анализ математической модели электрооборудования с учетом текущих показателей работы.
ставлена на рисунке 3.
Рисунок 2 - Усовершенствована структура СППР мониторинга текущего состояния электрооборудования
База данных ЭС1 содержит текущую информацию об объекте (спектральные характеристики изучаемого электрооборудования), а база данных ЭС2 содержит информацию об объекте в результате моделирования работы объекта. В базе знаний находятся эталонные спектральные характеристики электрооборудования, полученные в режиме обучения ЭС1, а также информация, которая характеризует появление дефекта на той или иной частоте.
Так как производственный процесс является постоянным и непрерывным, то разрабатываемая СППР должна диагностировать электрооборудование в реальном времени и учитывать динамику изменения текущего состояния исследуемого объекта. Это, в свою очередь, требует значительных аппаратных ресурсов. В случае одновременного диагностирования нескольких объектов и использования сложных математических методов оценки текущего состояния могут возникать ситуации несвоевременной обработки результатов системой. Для решения данной проблемы предложено использовать кластерную модель СППР, которая позволяет повысить производительность системы в целом и учитывает индивидуальные свойства изучаемых объектов. Структура данной СППР пред-
Рисунок 3 - Структура кластерной СППР
Информация от технологических объектов № 1 .. № n с помощью системной шины передачи данных сначала попадает на консоль кластера, которая, в свою очередь, распределяет входные данные оптимальным образом между узлами кластера Node # 1 .. Node # n. Все данные дополнительно хранятся в главной БД. Оператор имеет возможность, кроме мониторинга текущего состояния оборудования, влиять на распределение нагрузки путем выставления приоритетов для технологических объектов. Технологический объект представляет собой систему, которая состоит из электрооборудования системы снятия и обработки информации, представленной в виде как отдельного ПК, так и микроконтроллера.
3 Анализ предлагаемых усовершенствованных схем СППР
С целью анализа целесообразности и рациональности использования предложенных усовершенствованных структурных СППР были проведены экспериментальные исследования путем использования имитационного моделирования методом Монте-Карло. Для каждого типа СППР исследовалось время реакции системы на исследуемый объект т . Под временем реакции следует понимать время, в течение которого система делает вывод о техническом состоянии электродвигателей. С каждым этапом эксперимента количество изучаемых двигателей изменялась от 1 до 5. Спектральная характеристика каждого двигателя генерировалась случайным образом. Результаты сравнений реакции стандартной и усовершенствованной ЭС представлены на рисунке 4.
Кластерная структура СППР анализировалась путем увеличения диагностированных электродвигателей с 1 до 5 и увеличением количества узлов кластера от 1 до 4. В качестве узла кластера кластерной СППР использовался модуль экспертной системы. В качестве типа кластера использовался кластер НРС (кластер для высокопроизводительных вычислений). Результаты тестирований показаны на рисунке 5.
Согласно проведенным расчетам, среднее отклонение составило Sa = 2,9 Hz, абсолютная погрешность для надежности в 95% (коэффициент Стьюдента ta = 1.984 при a = 0,05 и n = 100) составила ^х = 5,8 Hz, относительная погрешность составила ea=3,5%. Также выполнена проверка на воспроизводимость опытов (однородность дисперсий) др=0,3305 при предельном табличном значении критерия Кохрена Gk = 0,372.
Рисунок 4 - Результаты тестирования
Рисунок 5 - Результаты тестирования
Обсуждение результатов
Таким образом, на основании результатов тестирований можно сделать вывод, что время реакции в кластерной экспертной системе меньше по сравнению с обычной и усовершенствованной СППР примерно на 38-49%, при условии использования 3 или 4 узлов кластера.
Конечно, на реальном предприятии полученные показатели могут отличаться в соответствии с возникновения разного рода ситуаций, но качество распознавания дефектов электродвигателей может быть выше в случае использования усовершенствованной и кластерной СППР Целью последующих исследований является разработка и анализ кластерной многопоточной СППР, а также анализ времени отклика системы в зависимости от влияния различного рода шумов (высшие гармоники, наводки, скачки напряжения и т.д).
Список литературы
1 Серый, Е. Г. Рейтинг дефектов низковольтных электродвигателей
[Текст]/ Е. Г. Серый. - М.: Рынок Электротехники, 2007. - 57с.
2 Кузнецов, Д. И. Мониторинг использования электроэнергии
электрооборудованием средствами нейросетей [Текст]/ Д.. И. Кузнецов, А. И. Купин. - Системные технологии: 2011. -C. 362-366.
3 Попов, Э. В. Статические и динамические экспертные системы
[Текст]/Э. В. Попов, И. Б. Фоминых, Е. Б. Кисель, М. Д. Шапот.-М. : Финансы и статистика, 1996. - 320 с.
4 W. M. C. Foulkes, L. Mitas, R. J. Needs and G. Quantum Monte Carlo
simulations of solids, Reviews of Modern Physics, 2001.- pp 330.
УДК 631.365
А.В. Савельев, В.А.Савельев
Курганский государственный университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ КОНТАКТНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
Аннотация. В статье излагается методика исследования параметров работы контактного теплообменного аппарата для охлаждения твердой крошки - экструдирован-ной сои - потоком воздуха.
Ключевые слова: теплообменный аппарат, критическая скорость, поток воздуха, охлаждение.
A.V. Savelev, V.A. Savelev Kurgan State University
STUDY OF THE PERFORMANCE PARAMETERS OF THE CONTACT HEAT EXCHANGER
Abstract. The article describes the technique to study performance parameters of the contact heat exchanger for air cooling solid grits of extruded soybean.
Index Terms: heat exchanger, critical speed, airflow, cooling.
Многие отрасли техники: энергетика, химическая, металлургическая, нефтяная, пищевая и другие отрасли промышленности - используют теплообменные аппараты, обменивающиеся тепловой энергией между греющей и обогреваемой средами. Такие среды принято называть теплоносителями [1].
Теплообменные аппараты по принципу действия классифицируются на рекуперативные, регенеративные и контактные, в которых теплоносители смешиваются.
Контактные теплообменные аппараты широко применяются в химической, пищевой, перерабатывающей промышленности, стройиндустрии. Среди них распространены аппараты, в которых теплоносители находятся в разных фазовых состояниях, например, один теплоноситель крупная или мелкодисперсная твердая крошка, а другой газ или жидкость.
В данной работе исследовался теплообменный аппарат - охладитель шахтного типа с вертикальным движением продукта (различного размера частиц экструдирован-ной соевой крошки, двигающихся сверху вниз) и поперечной продувкой воздухом для отвода тепловой энергии, которая образуется при пропускании зерен через экструдер.
Для получения рациональных технологических условий протекания процесса охлаждения ( температуры, давления, скорости движения продукта и воздуха) проводились исследования на специально сконструированном приборе (рисунок 1).
Прибор представляет собой цилиндр с двумя сетками, между которыми укладывается испытываемый продукт. Через этот слой продувается воздух (снизу вверх). В сечении 2-2 в цилиндре находится трубка Прандтля, к которой подсоединяется микроманометр. По условиям работы оборудования слой соевой крошки не должен превышать критическую скорость и подниматься навстречу своему движению потоком встречного воздуха. Поток воздуха только отводит тепло, но мелкодисперсные частицы
соевой крошки не должны подниматься.
Определение скорости движения воздуха в приборе можно выполнить после установления критической скорости частиц экструдированной сои [2]:
™кр = 3
1У крмВ сё
.2 'В
Подвод воздуха
1 - слой экструдированной сои; 2 - анемометр; 3 - сетка; 4 - трубка Прандтля
Рисунок 1 - Схема лабораторной установки
Критерий Лященко Lyр определяли по номограмме [2], предварительно найдя величину критерия Архимеда Аг
Аг =
й Э РРв £
ЛВ
(2)
где б3 - эквивалентный диаметр частиц продукта, м.
Эквивалентный диаметр dЭ частиц определяли исходя из гранулометрического состава продукта. Для определения гранулометрического состава использовали ситовой анализ. Навеску материала просеивали через набор лабораторных решёт с постепенно уменьшающимися размерами отверстий, а затем вычисляли бЭ [2]:
й э =■
1
I
варительно приняв за единицу коэффициент внутреннего трения сухого песка средней размерной группы [4;5], определив коэффициент к как отношение коэффициентов внутреннего трения исследуемого продукта и песка. Тогда формула (1) примет вид:
(1)
= к ■ з
кр
где Lyкр - критерий Лященко;
/ив - динамический коэффициент вязкости воздуха при 20°С, Пас;
р и рв - плотности частиц и воздуха, кг/м3.
^УкрМв Р
рВ
(4)
По результатам расчётов критическая скорость частиц экструдированной сои составила 0,434 м/с.
Экспериментальные исследования показали, что слой экструдированной сои, пронизываемый восходящим потоком воздуха, может находиться в двух качественно различных стационарных состояниях. При скорости потока воздуха ^' ниже некоторой критической величины W0 частицы сои неподвижны (рисунок 2 а).
(3)
где - среднеситовой диаметр фракций, м; X - доля частиц данного диаметра в навеске продукта. Для приближения к реальным условиям в формулу (1) ввели коэффициент к, учитывающий физико-механические свойства полножирной экструдированной сои, пред-
а - неподвижный слой; б - кипящий слой; в - слой со
сквозными каналами; г - поршнеобразный слой; д - фонтанирующий слой; 1 - корпус прибора; 2 - сетка; 3 - частицы полножирной экструдированной сои; 4 - потоки воздуха; 5 - сквозные каналы; 6 - воздушные «пробки»; 7 - фонтан; 8 - осевое ядро слоя; 9 -сползающий слой твёрдых частиц
Рисунок 2 - Разновидности состояния слоя полножирной экструдированной сои при прохождении через него воздуха
По достижении скорости начала псевдоожижения Wo
гидравлическое сопротивление слоя полножирной экстру-дированной сои становится равным его весу, слой взвешивается, частицы теряют прежний взаимный контакт, получают возможность перемещаться и перемешиваться, слой расширяется (рисунок 2 б). В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, благодаря чему он назван псевдоожи-женным, или кипящим. С ростом скорости потока воздуха до
скорости начала уноса w"0 слой продолжает расширяться и интенсивность движения частиц увеличивается. При w > w"0 сила гидродинамического сопротивления становится больше веса частиц сои и они выносятся из слоя [3].
Частицы полножирной экструдированной сои склонны к агрегированию, поэтому при скоростях воздуха, незначительно превышающих w'o , образуются сквозные каналы (рисунок 2 в), через которые воздух проходит без полного контакта с частицами экструдированной сои. Эти каналы часто либо полностью исчезают при увеличении скорости воздуха, либо сохраняются лишь в основании слоя.
С ростом скорости воздуха и расширения слоя в его объёме появляются пузыри воздуха (нарушается однородность), повышающие интенсивность перемешивания частиц и вызывающие колебания свободной поверхности слоя. В узких и высоких слоях образуются перемещающи-
еся вверх воздушные «пробки», которые чередуются с движущимися «поршнями» твёрдых частиц (рисунок 2 г). В таком поршнеобразном псевдоожиженном слое перемешивание твёрдых частиц в вертикальном направлении затруднено.
При псевдоожижении полножирной экструдированной сои в теплообменных аппаратах наблюдается образование фонтанирующего слоя (рисунок 2 д). Здесь воздух, проходя преимущественно в центральной зоне слоя, увлекает твердые частицы и фонтаном выбрасывает их к периферии, где они сползают вниз вдоль боковой поверхности.
При проведении экспериментов выяснилось, что скорость воздуха больше 0,5 м/с приводит к захвату воздухом частиц экструдированной сои.
После проведённых теоретических и лабораторных исследований установлено, что при скорости охлаждающего воздуха больше 0,5 м/с потребуется дополнительно вводить операцию отделения мельчайших частиц продукта от воздуха. Это приведет к оснащению установок дополнительным оборудованием и увеличению затрат энергии. Максимально возможную скорость движения воздуха через слой твердой крошки - экструдированной сои в шахтном охладителе - приняли равную 0,45 м/с.
Список литературы
1 Быстрицкий, Г. Ф. Энергосиловое оборудование промышленных
предприятий [Текст]: учебное пособие для студ. высш. учебн. завед. / Г. Ф. Быстрицкий. - М. : Издательский центр «Академия», 2003.- 304 с.
2 Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов
химической технологии [Текст]: учебное пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романьков, А. А. Носков. - Л. : Химия, 1987. -576 с.
3 Гельперин, Н. И. Основные процессы и аппараты химической
технологии [Текст]: в двух книгах/ Н. И. Гельперин. - М.: Химия, 1981. - 812 с.
4 ГОСТ 8736-96. Песок для строительных работ. Технические
условия. - Взамен ГОСТ 8736-85, ГОСТ 26193-84; введ. 1.07.1995.
- М.: Стандартинформ, 2006. - 8 с.
5 ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний.
- Взамен ГОСТ 8735-75; введ. 1.07.1989.- М. : Стандартинформ, 2006. - 25 с.
УДК 621. 318. 3 Г.Г. Угаров
Саратовский государственный технический
университет,
В.И. Мошкин
Курганский государственный университет
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ
Аннотация. Рассмотрены вопросы последующих теоретических исследований силовых электромагнитных импульсных систем. Для получения практических результатов выявлен ряд новых требований к отдельным классам импульсных машин.
Ключевые слова: силовая электромагнитная импульсная система, импульсный линейный электромагнитный двигатель.
G.G. Ugarov
Saratov State Technical University V.I. Moshkin
Kurgan State University
PROSPECTS OF ELECTROMAGNETIC PULSE OF POWER SYSTEMS
Annotation. The problems of subsequent theoretical studies of power electro-magnetic pulse systems. To obtain practical results revealed a number of new requirements for individual classes of pulse machines.
Index Terms: power system electromagnetic pulse, pulse a linear electromagnetic motor.
Со времени межвузовской научной конференции по электрическим машинам ударного действия, на которой были намечены основные направления и программы работ по исследованию и созданию электромагнитных машин возвратно-поступательного действия, прошло более 45 лет [1]. За это время программа и направления корректировались [2].
К сегодняшнему дню наука и практика выявили большую эффективность интенсификации ряда технологических процессов за счет импульсного, вибрационного и волнового воздействия машин на обрабатываемую среду. К таким машинам, реализующим указанные технологии в строительстве, машиностроении, геологоразведке, горнодобывающих отраслях, металлургической, химической, местной промышленности, литейном, электромонтажном производстве, все большее значение приобретают силовые электрические импульсные системы, в которых энергопреобразование осуществляется непосредственно без промежуточных звеньев. Актуальность их применения и совершенствования обуславливается возможностью эффективного использования специфических физических эффектов, возникающих при дискретном генерировании механической энергии, а также существенного упрощения кинематической схемы машины, улучшения массогабарит-ных показателей, экологической обстановки, повышения надежности, экономичности, производительности. В первую очередь, к ним относятся силовые электромагнитные импульсные системы (СЭМИС), содержащие в качестве основных структур линейный электромагнитный двигатель
