Збірник матеріалів конференції (технічні науки) by u-conferences.org/csps

2013 №2

II МІЖНАРОДНА НАУКОВО – ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ «ТЕХНІЧНІ ТА МАТЕМАТИЧНІ НАУКИ: АКТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ»

Київ - 2013

Центр Науково – Практичних Студій

Технічні та математичні науки: актуальні проблеми і перспективи розвитку ЗБІРНИК МАТЕРІАЛІВ IІ Міжнародної науково - практичної конференції (м.Київ, Україна, 14 листопада 2013р.)

Центр Научно – Практических Студий

Технические и математические науки: актуальные проблемы и перспективы развития СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ IІ Международной научно - практической конференции (г.Киев, Украина, 14 ноября 2013 г.)

Київ - 2013

УДК 62+51](100)(06) ББК 3(0)я431+22.1(0)я431 Т38

Технічні та математичні науки: актуальні проблеми і перспективи розвитку. Збірник матеріалів II Міжнародної науково – практичної конференції (м. Київ, Україна, 14 листопада 2013р.). – Центр Науково – Практичних Ст удій, 2013. - 122с. У збірник у містяться статті (тези доповідей) подані на ІI Міжнародн у науково - практичн у конференцію «Технічні та математичні науки: акт уальні проблеми і перспективи розвитк у». Присвячено теоретичним та практичним аспектам технічних та математичних наук в Україні та іноземних держав. Збірник розрахований на учасників конференції, а також вчених, викладачів, аспірантів, ст удентів та інших фахівців, які цікавляться та здійснюють дослідження в галузі технічних чи математичних наук. Усі матеріали друкуються в авторській редакції. Центр Науково – Практичних Студій не завжди поділяє погляди авторів (учасників) конференції, викладені у цьому збірнику, та не несе відповідальності за зміст матеріалів, наданих авторами для п убліка ції.

Технические и математические науки: актуальные проблемы и перспективы развития . Сборник материалов ІI Международной научно практической конференции (г.Киев, Украина, 14 ноября 2013г.) . – Центр Научно - Практических Студий , 2013. - 122с. В сборнике содержатся статьи (тезисы докладов) поданные на ІI Межд ународн ую научно - практическ ую конференцию «Технические и математические науки: акт уальные проблемы и перспективы развития». Посвящено теоретическим и практическим аспектам технических и математических наук в Украине и зарубежных стран. Сборник рассчитан на участников конференции, а также ученых, преподавателей, аспирантов, ст удентов и других экспертов, которые интересуются и проводят исследования в сфер е технических или математических наук. Все материалы печатаются в авторской редакции. Центр Научно - Практических Студий не всегда разделяет взгляды авторов (участников) конференции, изложенные в этом сборнике, и не несет ответственности за содержание материалов, представленных авторами д ля публикации.

ЗМІСТ / СОДЕРЖАНИЕ Бабенко А. Є., Лавренко Я. І. Визначення жорсткості та демпфування пружних опор лабораторної центрифуги Pico 21…………………………………….5 Боронко О.А., Дьякова Ю.А. Пакет прикладных программ для расчёта на вибропрочность режущего инструмента………………………………………………9 Гребенюк С. М., Бова Г. А. Визначення напружено-деформованого стану циліндричного гумового віброізолятора………………………………………………..18 Котило О.В., Малигін Б. В., Погорлецький Д.С. Використання SCADA систем в автоматизації акустичної діагностики насосних комплексів та забезпечення безпеки праці………………………………………………………………..26 Аскарова А.С., Болегенова С.А., Березовская И.Э, Оспанова Ш.С. Изучение влияния температуры окислителя на процесс горения впрыска жидкого топлива при высоких давлениях………………………………………………………….30 Вертынский О. С. Новые фундаментные конструкции глубокого заложения…………………………………………………………………………………….36 Мущинин А. В.Программная среда для разработки распределенного компьютерного тренажера……………………………………………………………...40 Кожухова М.И. Проблемы формирования гидрофобных и супергидрофобных поверхностей………………………………………………………………………………...48 Руднев К.К. Численный метод оценивания параметров многомерной нелинейной стационарной динамической системы при наличии помех в выходных сигналах………………………………………………………………………….53 Семашкин В.Г. Численный алгоритм оценивания параметров многомерной нелинейной динамической системы разного порядка с помехами в выходных сигналах……………………………………………………………………………………….61 Алпысбаева Г. О. Продвижение сайта в поисковых системах………………….70 Болдырев В.В., Горькавый М.А.Концепция интеллектуального алгоритма автоматизированной системы энергопотребления………………………………...73 Брагина С. В. Электронные цифровые подписи……………………………………..80 Данакин Д. Н. Перспективы использования геополимерного вяжущего на основе золы-уноса…………………………………………………………………………..84 Молозина Н.А, Сотник М.И., Горькавый М.А. Разработка математической модели адаптивного образовательного модуля в системе энергоменеджмента на основе объектно-ориентированного подхода………94 Ракова Г. К. Управляемость беспроводными сетями……………………………..101 Симонович Д. А. Фотоэлектрические системы…………………………………...104 Тищенко А. В. Применение газогенераторной установки для энергообеспечения посёлка Озёрный Братского Района………………………….109 Хачатуров А. А. Плазменная закалка стали 14Х17Н2……………………………118

УДК 539.3 Визначення жорсткості та демпфування пружних опор лабораторної центрифуги Pico 21 Бабенко Андрій Єлисейович д.т.н, професор кафедри Динаміки, міцності машин та опору матеріалів Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут», Лавренко Ярослав Іванович асистент кафедри Динаміки, міцності машин та опору матеріалів Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут», Лабораторні центрифуги використовуються як в медичних, біомеханічних так і в хімічних лабораторіях для розділення сумішей, які складаються з речовин різної щільності на фракції. Центрифуги як правило мають великі швидкості обертання до 15000 обертів за хвилину. Центрифуга

(Рис.1)

представляє

собою

ротор 1, що обертається навколо вертикальної осі 2,

який

приводиться

до

обертання

електродвигуном, анкер якого 3, сидить на тій самій осі, а статор та корпус 4 закріплені на пружних опорах 5 [1,2,3]. Опори сконструйовані так, що дозволяють центрифузі обертатись відносно

нерухомих

осей

 , ,

причому

жорсткість при обертанні відносно них однакова. Рис.1. Схематичне зображення лабораторної центрифуги

Таким чином, обертання центрифуги складається з обертання навколо власної осі симетрії та обертання

навколо

осей

 , .

Пружними

елементами опор центрифуги є гумові циліндри. Динамічна поведінка центрифуги залежить від жорсткості та демпфування опор. Тому необхідне визначення їх властивостей. Досліджувалась жорсткість опор. Для визначення жорсткості пружних опор була використана методика збурення вимушених коливань за допомогою

вібростенду, який дозволяє

визначати динамічні характеристики опор при розтягуванні та зсуві. На пружній опорі лабораторної центрифуги змонтована маса m  0,5 кг (Рис.2). За 

допомогою датчиків, змонтованих на масі, вимірюється її прискорення x (t ) . 

Разом з цим вираховується сила F  m  x(t ) . У місці закріплення опори вимірюють прискорення



y (t ) .

Проінтегрувавши

обидва прискорення

поділивши на (2f ) 2 , отримаємо переміщення x(t ) і y(t ) . Частота змушуючої сили позначається f .

Повздовжнє Поперечне навантаження навантаження Рис. 2. Стенд для визначення жорсткості та демпфування Типові залежності віброприскорень, які фіксувались за допомогою датчиків змонтованих на масі та у місці закріплення опори, від часу наведені на рис.3. Частота

Повздовжні коливання 1,00E-01

Поперечні коливання 4,00E-02

8,00E-02 3,00E-02 6,00E-02 2,00E-02 4,00E-02 1,00E-02 2,00E-02

10 Hz

0,00E+00 0,00E+00

5,00E-01

1,00E+00

1,50E+00

2,00E+00

2,50E+00

0,00E+00 0,00E+00

5,00E-01

1,00E+00

1,50E+00

2,00E+00

2,50E+00

-2,00E-02 -1,00E-02 -4,00E-02 -2,00E-02 -6,00E-02 -3,00E-02 -8,00E-02

-1,00E-01

-4,00E-02

Рис. 3. Результати експериментальних досліджень Різниця z(t )  x(t )  y(t ) дає відхилення опори під дією навантаження. Разом з цим відомий зв'язок між силою F (t ) та деформацією z (t ) . З цих величин і визначаються коефіцієнти жорсткості та демпфування.

Результати експериментального визначення жорсткостей та демпфування наведені нижче на рис.4.

Рис.4 Залежності жорсткості та демпфування від частоти Визначення

жорсткості

пружних

опор

при

жорсткому

режимі

навантаження. За допомогою експериментального обладнання MTS 810 (рис.5) проведене експериментальне визначення жорсткості для пружних опор центрифуги. Використовувався жорсткий режим навантаження. Пружна опора піддавалася розтягуванню на 1 мм та 0,5 мм.

Рис.5 Випробування на стенді MTS 810 За допомогою датчиків фіксувались переміщення та зусилля. Результати досліду наведені на рис.6

Рис.6 Результати випробування пружних опор Висновки Отримані необхідні дані на які можуть бути використані для розрахунку руху центрифуги. Список використаної літератури 1. Бабенко А.Е., Лавренко Я.И., Штракельян Й. Динамика центрифуги на нелинейно упругом основании. // Вестник НТУУ “КПИ”,Машиностроение. — К.: НТУУ "КПИ". - 2011. — Вып. 61 Т1. - С. 91–94. 2. Бабенко А.Є., Лавренко Я.І. Визначення власних частот коливань лабораторної центрифуги з врахуванням гіроскопічних ефектів. // Вісник НТУУ “КПІ”, Машинобудування. — К.: НТУУ “КПІ”. - 2011 . — Вип. 63. - С. 268 – 272. 3. Бабенко А.Є., Лавренко Я.І., Куренков М.М. Вплив гіроскопічних ефектів на коливання валу центрифуги. // Вісник НТУУ “КПІ”, Машинобудування. — К.: НТУУ “КПІ”. - 2013 . — Вип. 65 – с. 166-174.

УДК 539 Пакет прикладных программ для расчёта на вибропрочность режущего инструмента Боронко О.А., д.т.н., профессор; Дьякова Ю.А., магистрант Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Введение Настоящее время все больше требует от промышленных предприятий внедрять компьютерные технологии. Проектирование режущего инструмента требует прочностных и динамических расчетов. Поэтому в последние десятилетия на основе численных методов разработано большое количество вычислительных программ и программных комплексов для динамического анализа режущего инструмента [1]. Данные вычислительные комплексы отличаются друг от друга степенью автоматизации подготовки исходных данных, размерностью решаемых задач, диапазоном применяемости к определенному классу решаемых задач и т.д. Среди

известных

вышеуказанного

класса

вычислительных задач

следует

комплексов выделить

для

одни

из

решения первых

вычислительных комплексов “Прочность-75”, “Лира”, среди последних разработок T-FLEX/ИСПА, Prelude ANALYSIS, ANSYS, NASTRAN и многие другие. Все разнообразие режущего инструмента можно свести к относительно небольшому количеству основных форм: стержни (сверла, метчики), пластины (дисковые пилы), трехмерные тела (резцы). Общая характеристика и макроструктура программного комплекса «МКИ» Разработанная автоматизированная система режущего инструмента

динамического расчета

представляет пакет прикладных программ (ППП)

“МКИ”, предназначенный для определения необходимого числа собственных частот и соответствующих им собственных форм колебаний при продольных, 9

крутильных, изгибных колебаниях стержня и пространственных колебаниях стержневых систем, при плоских, изгибных свободных колебаниях пластин, колебаниях пластинчато-оболочечных систем, а также при колебаниях трехмерных призматических тел. ППП предназначен также для решения задач о вынужденных колебаниях с учетом рассеяния энергии в вышеуказанных конструкциях, кроме того ППП позволяет решать динамические задачи при кинематическом возбуждении колебаний. ППП спроектирован по принципу “черного ящика”, при этом от пользователя не требуется квалификации программиста, а требуется знание только инструкции по подготовке исходных данных и понимание выводимых результатов счета. ППП характеризуется высоким уровнем автоматизации и экономичностью с точки зрения памяти ЭВМ. ППП отлаживался и совершенствовался на большом числе тестовых, контрольных задач различной сложности. Макроструктура и схема функционирования ППП представлена на рис. 1. Входная информация

Выходная информация

Головная программа

Свободные колебания

Генератор сетки

Вынужденные колебания Стержни

Пространственные стержневые системы Пластины Пространственные пластинчато-оболочечные конструкции Трехмерные призматические тела

Рис. 1. Макроструктура пакета ПП

Функционирование модулей производится по следующей схеме: - ввод исходной информации, диагностика ошибок пользователя; - генерация сетки конечных элементов; - итерационная процедура решения частной задачи о собственных частотах и соответствующих им собственных форм колебаний; - определение амплитуд и частот возмущающих сил; - процедура решения задачи о вынужденных колебаниях; - обработка результатов и вывод необходимых характеристик. Результаты решения тестовых и прикладных задач Разработанный ППП отлаживался и совершенствовался на большом количестве тестовых и прикладных задач. В качестве тестовых примеров решались задачи определения собственных частот и соответствующих им собственных форм изгибных колебаний квадратной пластинки с различными граничными условиями: в результате триангуляции получено 83 узла, 129 треугольников. В табл. 1представлены приведенные собственные частоты квадратной пластинки жестко закрепленной по всем четырем сторонам. Задачи решались с использованием

нерегулярной

сетки.

Количество

узлов

равнялось

68,

количество треугольников 112, ошибка в определении частот не превышала 6%. Таблица 1 Приведенные собственные частоты квадратной пластинки жестко защемленной по контуру   a2

№ частоты 1. 2. 3. 4. 5. 6.

h D

, NР=121, NE=300

Аналитическое решение 3,646 7,437 7,437 10,965 13,393 13,452

Численное решение 3,581 7,110 7,181 10,344 12,261 12,641

Погрешность % 1,2 4,6 3,6 6,0 6,2 6,4

В качестве прикладной задачи рассматривалась дисковая фреза при ее свободных и вынужденных

колебаниях. Были определены собственные

частоты и соответствующие им собственные формы колебаний при плоских (десять частот и форм колебаний) и изгибных колебаниях дисковой фрезы (до двадцати частот и форм колебаний) Свободные изгибные колебания дисковой фрезы. При исследовании поведения дисковой пилы в процессе резания актуальной

является

проблема,

связанная

изучением

динамической

неустойчивости и соответственно с подбором таких параметров пилы и режимов резания, которые позволяют избежать или ослабить вредные воздействия этого явления. Пила рассматривается как кольцевая пластина жёстко

защемлённая

по

внутреннему

контуру.

Предполагается,

что

перемещения удовлетворяют гипотезам Кирхгофа - Лява. В процессе эксплуатации дисковая пила подвергается перезаточке, в результате чего меняется ее внешний диметр. Поэтому было рассчитано 39 типоразмеров дисковых пил с фиксированным внутренним диаметром равным 91 мм., а внешний -

принимался 200мм, 245мм., 250мм., 255мм.,

260мм., 265мм., 270мм., 275мм., 300мм., 325мм., 350мм., 375мм., 400мм., 425мм., 450мм., при постоянных толщинах равных 2,5мм. и 1,8мм. и переменных толщинах от 1,5 до 1,8 мм (так называемые дисковые фрезы с поднутрением) физико-механические характеристики материала фрезы брались следующие: модуль Юнга плотность материала 

E  2  106 МПа , коэффициент

 0,0078г / см 3 ,

Пуассона   0,3 ,

ускорение свободного падения

g  981см / с 2 .

На рис.3 представлена дискретизация дисковой фрезы на треугольные подобласти (306 узлов и 546 элементов). В табл.2 даны значения квадратов двадцати круговых собственных частот для некоторых типоразмеров дисковых фрез. На рис. 2 представлены собственные формы колебаний для фрезы имеющей внешний диаметр d  250 мм и толщину 1,8-2,5 мм..

1-форма

2-форма

3-форма

4-форма

5-форма

6-форма

7-форма

8-форма

9-форма

10-форма

11-форма

12-форма

13-форма

14-форма

15-форма

16-форма

17-форма

18-форма

19-форма

20-форма Рис. 2. Собственные формы колебаний

Таблица 2 Квадраты собственных круговых частот изгибных колебаний дисковой фрезы. Внутренний диаметр 91, наружный 265, толщина 1.8 – 1.5 1. 0.13339600E+07 11. 0.22417200E+08 2. 0.13359300E+07 12. 0.44340600E+08 3. 0.13407100E+07 13. 0.45146100E+08 4. 0.17832800E+07 14. 0.49576600E+08 5. 0.17870800E+07 15. 0.53262400E+08 6. 0.39668600E+07 16. 0.53377500E+08 7. 0.39728000E+07 17. 0.65490300E+08 8. 0.99413700E+07 18. 0.65972500E+08 9. 0.99941300E+07 19. 0.80431800E+08 10. 0.22417200E+08 20. 0.80597500E+08 Квадраты собственных круговых частот изгибных колебаний дисковой фрезы. Внутренний диаметр 91, наружный 275, толщина 1.8 – 1.5 1. 0.10423500E+07 11. 0.19522000E+08 2. 0.10466300E+07 12. 0.38776500E+08 3. 0.10478700E+07 13. 0.39410400E+08 4. 0.14185000E+07 14. 0.39821096E+08 5. 0.14213800E+07 15. 0.42882488E+08 6. 0.33201800E+07 16. 0.42957424E+08 7. 0.33258400E+07 17. 0.53350860E+08 8. 0.85612600E+07 18. 0.53716352E+08 9. 0.86081600E+07 19. 0.70479556E+08 10. 0.19522000E+08 20. 0.70634410E+08 Квадраты собственных круговых частот изгибных колебаний дисковой фрезы. Внутренний диаметр 91, наружный 285, толщина 1.8 – 1.5 1. 0.82468600E+06 11. 0.17120700E+08 2. 0.82797900E+06 12. 0.32218700E+08 3. 0.83478500E+06 13. 0.34143800E+08 4. 0.11442600E+07 14. 0.34763500E+08 5. 0.11463900E+07 15. 0.34943100E+08 6. 0.28129500E+07 16. 0.34996000E+08 7. 0.28176400E+07 17. 0.43977700E+08 8. 0.74385100E+07 18. 0.44262830E+08 9. 0.74789600E+07 19. 0.61958323E+08 10. 0.17120700E+08 20. 0.62174492E+08

Выводы Из полученных результатов видно, что разработанный метод позволяет определить спектр собственных частот и форм колебаний, включая кратные частоты и формы. Эти результаты могут быть использованы для решения задачи о вынужденных колебаниях дисковой пилы, путём разложения по собственным формам колебаний и исследования области динамической неустойчивости пилы в процессе резания. Реальные механические колебательные системы как с распределенными, так и с дискретными параметрами являются, по существу, нелинейными динамическими

системами,

поскольку

всегда

содержат

нелинейные

зависимости в закономерностях, определяющих их движение. Для большинства нелинейных систем характерны такие явления как устойчивые и неустойчивые режимы

стационарных

колебаний

состояния

соответствующие

так

называемым “внутренним” резонансам. Возникновение этих режимов приводит к явлениям, которые сопровождаются энергообменом (перераспределение энергии) между различными формами колебаний. Отметим, что переход энергии от одной формы к другой осуществляется самопроизвольно, без какого либо внешнего вмешательства. Иными словами, процессом энергопереноса управляет сама упругая система посредством нелинейных связей между её подсистемами,

выявление

этих

режимов

неустойчивости

(бифуркаций)

является важной задачей для исследования колебательного движения реальных механических систем. При исследовании колебаний дисковых пил различных геометрических размеров с помощью разработанного метода, который даёт возможность определить кратные частоты и соответствующие им формы колебаний, были выявлены явления энергообмена между формами колебаний, которые приводят к неустойчивости работы дисковой пилы. Эти явления наблюдаются в фрезе при внутреннем диаметре 91мм, наружном 265 мм, толщине 1.8 – 1.5 мм на первой и второй форме колебаний, а также на четвертой и пятой, при наружном 275 мм на первой, второй и третьей форме, при наружном диаметре 16

285 мм на на четвертой, пятой, шестой и седьмой.Таким образом, используя результаты расчёта можно подобрать такие режимы резания и параметры пилы, чтобы движение пилы было устойчивым. Аbstract. An application package is in-process examined for the calculation of dynamic descriptions of toolpiece that was worked out on the department of dynamics and durability of machines and resistance of materials of NTUU "KPI". As the applied task the free and force vibrations of disk milling cutters were examined. As a result of undertaken studies were given to recommendation on the choice of optimal parameters of disk milling cutter and cutting modes, what a capacity and term of exploitation of milling cutters allow to promote. Keywords. Vibration, eigenfrequency, own form of vibrations, eigentones, force vibrations, dynamic instability, disk milling cutter.

1. 2.

Список используемой литературы Родин П.Р. Основы проектирования режущих инструментов. Учебник. — К.: Выща шк. , 1990 — 424 с. Родин П.Р., Бабенко А.Е., Равская Н.С., Боронко О.А. Дисковые пилы с неравномерным шагом. Монография. – К.: НТУУ «КПИ», 2008 – 216 с.

Визначення напружено-деформованого стану циліндричного гумового віброізолятора Гребенюк Сергій Миколайович к. т. н., доцент, зав. каф. математичного аналізу Бова Ганна Анатоліївна аспірант кафедри математичного аналізу Запорізький національний університет (Запоріжжя, Україна) В роботі наведені чисельний підхід та програмна реалізація при дослідженні напружено-деформованого стану гумового віброізолятора циліндричної форми з урахуванням слабкої стисливості на основі уточненої моментної схеми скінченного елемента. Ключові слова: гумовий віброізолятор, слабка стисливість, моментна схема скінченного елемента, кубічна апроксимація. На сьогоднішній день важко назвати галузь промисловості, в якій не використовувались би еластомери як конструкційні матеріали, і в якій еластомерні деталі не дозволили б поліпшити існуючі машини або створити машини з новими властивостями. Особливо перспективним є впровадження еластомерів у вібраційну техніку, і, насамперед, в вібромашини гірничо-металургійного, аграрного, будівельного та хімічного виробництва, які завдяки наявності ряду цінних властивостей дозволяють вирішувати складні комплексні завдання з видобутку, транспортування і переробки різних матеріалів. Тривала практика експлуатації машин показує, що найбільш ефективними системами віброізоляції є саме ті з них, які використовують гумові віброізолятори. При правильному виборі параметрів і конструкції гумових елементів такі системи забезпечують достатньо високий рівень надійності та довговічності машин, сприяють інтенсифікації

технологічного

процесу,

підвищенню

продуктивності,

дозволяють зменшити вібрацію та звуковий тиск, знизити металоємність. У важких вібраційних машинах, де потрібні масивні еластомерні деталі, зберігається

тенденція

простоти

форми,

яка

викликана,

насамперед,

технологічністю їх виготовлення і високими вимогами відносно довговічності

та надійності: відсутність різких переходів в гумі, відсутність отворів, які створюють додаткові осередки руйнування, надійний спосіб кріплення гуми до металу. Тому в більшості випадків використовуються конструкції циліндричної форми. Віброізоляції машин та обладнання присвячена значна кількість літератури [6, 12, 13, 14]. Задача визначення параметрів напружено-деформованого стану гумових віброізоляторів, працюючих на стискання, розв’язувалась в роботах [1, 3, 4, 8, 11]. Разом з тим проблема захисту машин, приладів, апаратури, будівель і споруд від дії вібрацій і звукового тиску як і раніше залишається актуальною. Постановка

задачі.

Розв’язується

статична

задача

пружності

тривимірній постановці для суцільного циліндричного гумового віброізолятора (ГВ) (рис. 1), R – радіус віброізолятора, h – висота, P – осьове навантаження, Q – зсувне навантаження. Розглянемо два випадки: 1) на віброізолятор діє лише осьове навантаження P; 2) на віброізолятор діє осьове навантаження P і зсувне навантаження Q=0,25P.

Ця задача є доволі складною з огляду на те, що необхідно враховувати специфічні властивості еластомерів, такі як слабка стисливість та поєднання високої механічної міцності з високою еластичністю. Тому великого значення

набуває використання чисельних методів, зокрема методу скінченних елементів (МСЕ). При практичному використанні традиційної схеми МСЕ в формі методу переміщень виникають істотні труднощі: з’являється «ефект хибного зсуву», не враховуються жорсткі зміщення скінченного елемента (СЕ) і слабка стисливість матеріалу. Для усунення цих труднощів використовують моментну схему скінченного елемента (МССЕ) [7], яка полягає у введенні потрійної апроксимації компонент вектору переміщень, компонент тензору деформацій, функції зміни об’єму та відкиданні ряду доданків згідно певних правил. Але безпосереднє застосування МССЕ для отримання матриць жорсткості (МЖ) за заданими інтерполяційними поліномами для апроксимації переміщень СЕ в ряді випадків призводить до відкидання значної кількості членів розкладу деформацій, особливо для СЕ з високим ступенем апроксимуючих поліномів. Вирішити цю проблему можна за допомогою уточненої моментної схеми скінченного елемента (УМССЕ), яка по суті є модифікацією МССЕ [10]. Цей підхід передбачає отримання виразів для деформацій на базі доповнення вихідних апроксимуючих поліномів СЕ до повних з подальшим виключенням "зайвих" коефіцієнтів при додаткових доданках. Для паралелепіпедного СЕ лінійна апроксимація переміщень має вигляд: ui 

p q r  pqr x1 x1 x1  000  100x  010x    i i 1 i 2 p! q! r! pqr

lmn

(1)

101 011 111  i001x3  110 i x1 x 2  i x1 x3  i x2 x3  i x1 x2 x3 ,

де ui – компоненти вектору переміщень за напрямом осі і базисної системи координат; i pqr – коефіцієнти розкладу переміщень; l , m , n – максимальні степені апроксимуючих поліномів відносно осей місцевої системи координат x1 , x2 , x3 відповідно ( p  0, l ; q  0, m ; r  0, n ).

Доповнимо (1) до повного кубічного поліному, позначаючи додаткові коефіцієнти буквою Vi() : ui  ui  ui ,

(2)

де



1 200 2 Vi x1  Vi020x22  Vi002x32  Vi210x12 x2  Vi201x12 x3  2 1  Vi120x1 x22  Vi102x1 x32  Vi021x22 x3  Vi012x2 x32  Vi300x13  Vi030x23  Vi003x33 . 6 ui 

 



Всі компоненти деформацій, отримувані на основі (2), представляються у вигляді повних квадратичних поліномів:  ij 

1  ui u j  2  x j xi

 1   eij000  e100 x1  eij010 x2  eij001x3  eij200 x12  ij  2  1 020 2 1 002 2 101 011  e110 ij x1 x 2  eij x 2  eij x1 x3  eij x 2 x3  eij x3 , 2 2

(3)

де всі моменти деформацій e ij задовольняють умовам МССЕ. За допомогою (3) визначаються ті компоненти, які містять Vi() . Уточнення МССЕ зводиться до мінімізації тих коефіцієнтів розкладу деформацій, які згідно МССЕ повинні відкидатися. А саме, з моментів деформацій, які представлені через переміщення та мають «зайві» коефіцієнти, складається сума квадратів. Шляхом її мінімізації отримаємо систему рівнянь, розв’язавши яку, визначимо додаткові коефіцієнти: V1200  V1210  V1201  V1120  V1102  V1300  V2020  V2210  0; V2021  V2012  V2030  V3002  V3201  V3102  V3012  V2120  0; V1030  V3300  V1003  V3030  V2003  V3003  V3021  V2300  0;

(4)

020 200 201 V1021  V3120  111  110  101  V3210  111 2 / 3;V1 2 ;V3 1 ;V2 1 /3 012 200 002 V1002  101  V2102  111  110  3011;V3020  011 3 ;V1 3 / 3;V2 1 ;V2 2 .

Таким чином, виходячи з формул (2) та (4), допоміжний закон розподілення переміщень тривимірного СЕ матиме вигляд: u1  u2  u3 

2 101 2 111 111 2    1( pqr) x1p x2q x3r  2 110 2 x 2  3 x3   2 x3  3 x 2 x3 ; 6 1

p 0 q  0 r  0

2 011 2 111 2 111 2    (2pqr) x1p x2q x3r  2 110 1 x1  3 x3   1 x1 x3  3 x1 x3 ; 6 1

(5)

p 0 q  0 r 0

2 011 2 111 2 111 2    3( pqr) x1p x2q x3r  2 101 1 x1  2 x 2   1 x1 x 2  2 x1 x 2 . 6 1

p 0 q  0 r  0

Функція зміни об’єму: 000 g 11  e 000 g 22  e 000 g 33.   e11 22 33

Детальне виведення співвідношень МЖ для еластомерних конструкцій з використанням запропонованих апроксимацій представлено в роботі [2]. Використання УМССЕ дозволяє зменшити кількість членів розкладу деформацій, що відкидаються, не порушуючи принципи МССЕ, забезпечуючи при цьому більш високу точність та ефективність процесу розв'язання широкого класу задач механіки деформівного твердого тіла. Методика залишається вірною і для більш високої міри поліноміальної апроксимації переміщень. Результати розрахунків. Поставлена задача дослідження напруженодеформованого стану ГВ циліндричної форми була реалізована в рамках програмного комплексу «МІРЕЛА+» [9]. Вихідні дані: радіус R=0,3 м, висота h=0,22 м, модуль зсуву G=0,63 МПа. В силу симетричності задачі розраховувалась половина конструкції при сітці дискретизації 9  10  12 . Розподілення переміщень u1 по радіусу R віброізолятора представлено на рис. 2. На рис. 3 представлено розподілення переміщень u1 по висоті h ГВ.

Рис. 2. Розподілення переміщень по радіусу віброізолятора

Рис. 3. Розподілення переміщень по висоті віброізолятора

На рис. 4-7: 1 – 11 , 2 –  22 , 3 –  33 , 4 – 12 , 5 – 13 , 6 –  23 .

На рис. 4 представлено розподілення нормальних напружень по радіусу ГВ при коефіцієнті Пуассона   0,49999 під дією: а) осьового; б) осьового та зсувного навантаження.

а)

б)

Рис. 4. Розподілення нормальних напружень по радіусу віброізолятора

На рис. 5 представлено розподілення дотичних напружень по радіусу ГВ, при   0,49999 під дією: а) осьового; б) осьового та зсувного навантаження.

а)

б)

Рис. 5. Розподілення дотичних напружень по радіусу віброізолятора

На рис. 6 представлено розподілення нормальних напружень по висоті ГВ, при   0,499 під дією: а) осьового та зсувного; б) осьового навантаження.

б)

а)

Рис. 6. Розподілення нормальних напружень по висоті віброізолятора

На рис. 7 представлено розподілення дотичних напружень по висоті ГВ, при   0,499 під дією: а) осьового та зсувного; б) осьового навантаження.

б)

а)

Рис. 7. Розподілення дотичних напружень по висоті віброізолятора

Висновки.

Використання

запропонованого

підходу

при

дослідженні

напружено-деформованого стану циліндричного гумового віброізолятора дозволило отримати: розподілення компонент тензора напружень по радіусу і по висоті віброізолятора, розподілення переміщень по радіусу і по висоті віброізолятора. Аналіз отриманих результатів показує, що наявність зсувної складової навантаження призводить до збільшення осідання віброізолятора на 20-24% порівняно з осьовим стисканням; збільшення коефіцієнта Пуассона посилює жорсткісні характеристики конструкції.

Список використаної літератури 1. Бидерман В. Л. Расчет цилиндрических и прямоугольных длинных резиновых амортизаторов сжатия / В. Л. Бидерман, Н. А. Сухова // Расчеты на прочность. – 1968. – № 13. – С. 55-72. 2. Гребенюк С. Н. Повышение точности моментной схемы конечного элемента для слабосжимаемых материалов / С. Н. Гребенюк, А. А. Бова // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании. – 2009. – Т. 22. – С. 55-64. 3. Гребенюк С. Н. Расчет напряженно-деформированного состояния резинового виброизолятора / С. Н. Гребенюк, А. А. Бова // Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте. – 2012. – Вып. 2, Т. 3. – С. 30–34. 4. Дымников С. И. Расчет резино-технических деталей при средних деформациях / С. И. Дымников // Механика полимеров. – 1968. – № 2. – С. 271-275. 5. Дырда В. И. Аналитические и численные методы расчета резиновых изделий / В. И. Дырда, С. Н. Гребенюк, С. И. Гоменюк. – Днепропетровск-Запорожье : Запорожский национальный университет, 2012. – 370 с. 6. Дырда В. И. Резиновые детали в машиностроении / В. И. Дырда, Е. Ф. Чижик – Днепропетровск : Полиграфист, 2000. – 586 с. 7. Киричевский В. В. Метод конечных элементов в механике эластомеров / В. В. Киричевский. – К. : Наукова думка, 2002. – 655 с. 8. Лавендел Э. Э. Расчет резинотехнических изделий / Э. Э. Лавендел. – М. : Машиностроение, 1976. – 232 с. 9. Метод конечных элементов в вычислительном комплексе «МІРЕЛА+» / [В. В. Киричевский, Б. М. Дохняк, Ю. Г. Козуб и др.]. – К. : Наук. думка, 2005. – 416 с. 10.Метод конечных элементов в механике твердых тел / А. С. Сахаров, В. Н. Кислоокий, В. В. Киричевский и др. / Под общ. ред. А. С. Сахарова и И. Альтенбаха. – К. : Вища школа, 1982. – 480 с. 11.Сухова Н. А. К расчету резиновых амортизаторов, работающих на сжатие / Н. А. Сухова, В. Л. Бидерман // Расчеты на прочность. – 1962. – № 8. – С. 200–211. 12.Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле / С. П. Тимошенко, Д. Х. Янг, У. Уивер. – М. : Машиностроение, 1985. – 474 с. 13.Шолин М. К. Выбор параметров и расчет системы виброизоляции тяжелых горно-обогатительных машин / М. К. Шолин, В. И. Дырда // Геотехническая механика. – 2002. – Вып. 39. – С. 106-119. 14.Шолин М. К. Расчет жесткостных параметров сплошных резинометаллических виброизоляторов тяжелых горно-обогатительных машин / М. К. Шолин // Геотехническая механика. – 2002. – Вып. 31. – С. 42-49.

Використання SCADA - систем в автоматизації акустичної діагностики насосних комплексів та забезпечення безпеки праці Котило О.В. аспірант, Малигін Б. В. д.т.н., профессор, Погорлецький Д.С. аспірант. Херсонська державна морська академія (Україна) Вступ. Системи Диспетчерського Управління і Збору Даних (SCADA) широко використовуються по всьому світу компаніями водопостачання і очищення стічних вод для автоматизації операцій і збільшення прибули. SCADA система допомагає операторам упроваджувати стратегії управління, направлені на безпечну і ефективну роботу насосів, переливних ємкостей, систем фільтрації, мереж водопостачання і очищення. SCADA системи також грають важливу роль в забезпеченні безпеки інфраструктури за допомогою технологій відеоспостереження, обліку дій і контролю якості води. Проте є і інші методи, які дозволяють SCADA системі забезпечити додаткову економію засобів і високу окупність інвестицій. Нижче приведено три кращі методи для досягнення максимальної ефективності вашої SCADA системи. Актуальність дослідження: Жодна з існуючої апаратури автоматизації водовідливу не дозволяє реєструвати витік в магістральному трубопроводі. Не існує також пристроїв відбору інформації по витоку і підсистем діагностики нагнітального трубопроводу, цим визначається оригінальність теми, що розробляється. Також у наш час не існує надійних пристроїв тих, що дозволяють з достатнім ступенем точності реєструвати кавітацію. Хоча має місце ряд лабораторних приладів призначених для вивчення цього режиму. У 1979 році С.Саяуськас спроектував і застосував корелляционный кавитометр. Принцип дії його грунтується на визначенні величини потужності акустичної кавітації. До плюсів цього пристрою можна віднести кореляційний метод визначення, який дозволяє компенсувати велику частину аддитивної погрішності і значно підвищити точність вимірювання. До мінусів можна 26

віднести вибір параметра контролю. Саяуськас пропонує визначати поріг кавітації із ступеня інтенсивності енергії шуму кавітації. Таке технічне рішення не допустиме на реальному технологічному об'єкті, оскільки існує висока вірогідність появи високочастотних перешкод, які практично зводять на «0» ті якісні характеристики, яких вдалося досягти за рахунок використання корелляционного методу вимірювання.[1] Серед інших технічних рішень подібної інженерної задачі можна виділити експериментальний пристрій для виділення кавітації за допомогою ультразвука. Цей пристрій має також обмежену область застосування, оскільки в реальних умова по техніці безпеки не допускається використання резонаторів.[3] Таким чином, як видно на даний момент не існує надійних способів і пристроїв, які змогли чітко реєструвати поріг кавітації і захищати насосну установку від кавітації. Результаті дослідження: До акустичних методів неруйнуючого контролю відносять обширну область випробування матеріалів і виробів, засновану на застосуванні пружних коливанні і хвиль, точніше, на реєстрації параметрів пружних хвиль, що порушуються або виникають в об'єкті неруйнуючого контролю. Для акустичного методу неруйнуючого контролю застосовують коливання ультразвукового і звукового коливання діапазонів частотою від 50 Гц до 50 Мгц. Інтенсивність коливань зазвичай невелика, не перевищує 1 кВт/м2. Такі коливання відбуваються в області пружних деформацій середовища, де напруга і деформації зв'язані пропорційною залежністю (область лінійної акустики).[2] Методи неруйнуючого акустичного контролю широко застосовують завдяки ряду їх переваг: хвилі легко вводяться в об'єкт контролю, добре розповсюджуються в металах, бетоні і інших матеріалах; ефективні при виявленні дефектів з малим розкриттям, чутливі до зміни структури і физикомеханических властивостей матеріалів, не представляють небезпеки для персоналу. Використання різних типів хвиль (подовжніх, поперечних,

поверхневих, нормальних і інших) розширює можливості акустичних методів неруйнуючого контролю. Найбільше практичне застосування знаходить эхо-метод. Близько 90% об'єктів, контрольованих акустичними методами неруйнуючого контролю, перевіряють эхо-методом, застосовуючи різні типи хвиль. З його допомогою вирішують завдання дефектоскопії поковок, відливань, зварних з'єднань, багатьох неметалічних матеріалів. Ехо-метод використовують також для вимірювання розмірів виробів. Основний його недолік як засоби контролю — трудність виділення сигналів від дефектів, що розвиваються, на тлі перешкод (бульбашок кавітацій в рідині, що подається в об'єкт при гидроиспытаниях, тертя в роз'ємних з'єднаннях і так далі). Але за допомогою використання SCADA-систем можна компенсувати цей недолік адже загальними для усіх систем SCADA функціями є: 

збір поточної інформації про роботу устаткування з датчиків і

контролерів; 

первинне перетворення зібраної інформації;



збереження поточної інформації;



представлення поточної інформації у вигляді гістограм, таблиць,

графіків; 

друк звітів і протоколів про роботу одиниць устаткування;



передача і введення в пристрої керування команд диспетчера;



використання поточної інформації для вирішення завдань управління

виробництвом; 

організація зв'язку з пристроями, підключеними до інформаційної мережі.

Що дозволяє порівнювати результати досліджень з еталонним значенням та відфільтровувати фонові шуми. В результаті чого й отримується достовірне значення отриманих результатів. Висновки: Вживання SCADA-систем

при діагностуванні

насосних

станцій дозволяє: 28

економити електроенергію, за рахунок роботи частотно-регульованого приводу залежно від реального вжитку води (ефект економії 20-33%); забезпечити значне збільшення ефективності моніторингу та управління основними режимами водозабірного вузла; знизити витрати води, за рахунок зниження витоків, що виникають при підвищеному тиску в магістралі, коли водоспоживання насправді невелике (в середньому на 5%); збільшення працездатності системи за рахунок: завчасного планування обслуговування завдяки ранньому виявленню несправних компонентів, зменшення

простоїв,

збільшення

підтримуючого

інтервалу,

збільшення

надійності насосів, збільшення продуктивності. Література 1. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд изнутри - М.: Издательство «РТСофт», 2004г.-176с. 2. В.А. Шутилов "Основы физики ультразвука": Учебное пособие - Л.: Издательство лениградского университета, 1980г - 280 с. 3. В.Я. Карелин "Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах" - М.:Недра, 1975г - 353 с. 2-е издание

Изучение влияния температуры окислителя на процесс горения впрыска жидкого топлива при высоких давлениях Аскарова А.С., д.ф.-м.н., профессор, Болегенова С.А., д.ф.-м.н., профессор, Березовская И.Э., PhD, и.о. доцента, Оспанова Ш.С., PhD докторант, преподаватель. Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан В связи с широким использованием распыленного жидкого топлива, к ним относятся нефть, бензин, керосин, солярка, гептил и другие, в различных двигателях в качестве автомобильного, авиационного, дизельного и ракетного топлив стало актуальным моделирование процессов распыления и горения этих топлив. Процесс горения будет оставаться основным источником энергии еще много лет, несмотря на то, что применение ядерной энергии в промышленно развитых странах расширяется, а методы использования энергии солнца, ветра и приливов интенсивно разрабатываются. Однако на первый план выходят особо актуальные в нашей стране экологические проблемы образования вредных веществ и ограниченность ресурсов топлива, что приводит к необходимости более экономичных способов сжигания различных топлив [1]. Горения жидких топлив является сложной задачей, так как оно отличается рядом специфических особенностей, обусловленных протеканием химических реакций в условиях динамического и теплового взаимодействия реагентов, интенсивного

массопереноса

при

фазовых

превращениях,

также

зависимостью параметров процесса, как от термодинамического состояния системы, так и от ее структурных характеристик. Поэтому для предсказания и изучения поведения таких сложных систем может быть успешно использовано численное моделирование, которое получило большее распространение в теплофизике, поскольку появляется возможность оптимизировать эксперимент на основе его виртуального прототипа. [2-3].

В настоящей работе описываются процессы распыла, воспламенения и горения жидких топлив в зависимости начальной температуры газа в камере сгорания. Математическая модель задачи осуществляется методами численного моделирования

использованием

дифференциальных

уравнений,

описывающих турбулентное течение при наличии химических реакций. Она представляется

основными

уравнениями:

неразрывности,

движения,

внутренней энергии, k-ε модель турбулентности, а так же начальными и граничными условиями. Уравнение неразрывности для компоненты реакции m записывается следующим образом:        m    (  m u )    D m    mc   s  m1 , t    

(1)

где D – коэффициент диффузии, m – массовая плотность жидкой фазы,  – полная массовая плотность,  mc – химический источниковый член;  s – источниковый член вследствие впрыска; u– скорость жидкости. Уравнение переноса импульса для жидкости:       ( u )    1   ( uu )   2 p - A 0 ( 2 k )    F s  g , 3 t a

где p – давление жидкости,  - безразмерная величина,

(2) A0 равно 0 при

ламинарном течении и 1 – при турбулентности. Уравнение внутренней энергии имеет следующий вид:      ( l )     ( uI )   u  (1  A0 )u  J  A0   Q c  Q s , t

Q c и

Q s

(3)

- источниковые члены, обусловленные тепловыделением в

результате химической реакции и тепла, которое приносит впрыскиваемое топливо. Математическая модель включает в себя два дополнительных уравнения движения для турбулентной кинетической энергии k и скорости ее диссипации ε:

      k  2      ( uk )   k  u    u      t 3   Prk

   k     W s ,   

         2    ( u )  ( c 1  c 2 )   u      t 3   Pr





        

    c 1u  c 2   c sW s , k

(4)

(5)

s Величина W возникает вследствие взаимодействия с распылителем.

Константы c 1 , c 2 , cS , Prk , Pr определяются из эксперимента [3]. Процесс горения жидких топлив рассматривается в модельной камере сгорания с форсункой, расположенной по центру нижней части камеры, через которую в поток окислителя (подогретый воздух) подается основная часть расхода жидкого топлива. Камера имеет конструкцию цилиндра высотой 15 см и радиусом 2 см. Количество контрольных ячеек - 600. Температура стенок камеры сгорания составляет 353 К. Площадь сопла инжектора составляет 2·10-4 см2. Температура в камере сгорания менялась от 700 К до 1500 К. Скорость впрыска топлива равна 350 м/с в обоих случаях (взяты из предыдущих работ). В настоящей работе использовались два вида жидкого топлива: октан (C8H18) и додекан (C12H26). Химические реакции окисления для этих двух видов топлив представлены ниже: 2С8Н18 + 50О2 = 16СО2 + 18Н2О 2С12Н26 + 37О2 = 24СО2 + 26Н2О Вычислительный

эксперимент проводился

при

высоких

значениях

давления 100 бар для октана и 80 бар для додекана, и масс 6 мг для октана и 7 мг для додекана [2, с. 142]. Как показывает анализ рисунка 1, если окислитель в камере сгорания имеет температуру выше 900 К, то в этом случае наблюдается горение жидкого топлива с большим тепловыделением и разогревом камеры. Так при сжигании октана при Т=900 К выделяется Tg=1726 К и как следствие при Т=1500 К выделяется Tg=2208 К. Наибольшее влияние начальная температура в камере сгорания оказывает на горение додекана, поскольку

увеличение начальной температуры от 900 К до 1500 К приводит к увеличению максимальной температуры от 2080 К до 2685 К.

Рисунок 1 – Максимальная температура газа в камере сгорания в зависимости от начальной температуры для октана С8Н18 и додекана С12Н26.

На рисунке 2 приведен график распределения максимальной концентрации СО2 для двух сжигаемых топлив в зависимости от начальной температуры газа в камере сгорания.

Рисунок 2 – Температурная зависимость концентрации углекислого газа для октана С8Н18 и додекана С12Н26.

При горении додекана концентрация образующегося углекислого газа принимает наибольшее значение 0,148 г/г при начальной температуре 1000 К и минимальное 0,120 г/г при Т=900 К. При сжигании октана при Т=900 К и выше наблюдается незначительное увеличение концентрации СО2 которое составляет 0,085 г/г (рис.2). В

результате

проведенных

вычислительных

экспериментов

по

исследованию влияния начальной температуры на процесс горения топлива при высоких давлениях получены следующие результаты: -

распределения максимальной температуры газа в зависимости от

начальной температуры окислителя в камере показало, что максимум 2080 К для октана и 2685 К для додекана приходиться на Т=1500 К; -

распределения концентрации углекислого газа показало, что, как и

следовало ожидать, чем интенсивней проходит реакция, тем больше образовывается СО2. При 900 К выделяется минимальное количество 0,120 г/г двуокиси углерода для додекана и для октана незначительная концентрация углекислого газа равна 0,085 г/г., которая лежит в допустимых пределах. Таким образом разработаны рекомендации по определению оптимального режима горения октана и додекана: при высоких давлениях и при температуре окислителя 900 К происходит воспламенение и процесс горения топлива, камера прогревается до высоких значений температур, при полном сгорании топлива концентрация CO2 наименьшая. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании различных технических устройств, использующих горение, которые решали бы одновременно проблему оптимизации процесса, увеличения эффективности сгорания топлива и минимизации выбросов вредных веществ. Список использованной литературы 1. Аскарова А.С., Гороховски М.А., Рыспаева М.Ж., Волошина И.Э. Численное моделирование горения и самовоспламенения двухфазных химически реагирующих течений с впрысками// Известия Томского политехнического университета. - 2009.- Т.315.-№4. - С. 5-9.

2. Amsden A.A., O'Rourke P.J., Butler T.D. KIVA-II: A computer program for chemically reactive flows with sprays. - Los Alamos, 1989. - 160 р. 3. Askarova A., Ryspayeva M., Voloshina I. Numerical study of the influence of the spray velocity on the tetradecane’s combustion // Abstracts of The Conference on Thermal and Environmental Issues in Energy Systems ASMEATI-UIT 2010, on Thermal and Environmental Issues in Energy Systems, Sorrento (Italy), 2010. – P. 859-862.

Новые фундаментные конструкции глубокого заложения Вертынский Олег Станиславович к.т.н., доцент кафедры “Промышленное и гражданское строительство”института техники, технологии и управления, г. Балаково Вопросы строительства гражданских объектов на площадках со сложными грунтовыми условиями, как правило, решаются путем использования в качестве фундаментов забивных свай. Однако при их использовании возникает ряд проблем, таких как экологическая, связанная с наличием большого количества отходов от срезки голов свай и технологическая – связанная с возникновением в процессе забивки свай неблагоприятных динамических воздействий на окружающие строения. Сегодня, все чаще обращают внимание на более экологичные безударные технологии

устройства

фундаментов,

применение

которых

становится

возможным благодаря более широкому использованию литого бетона. Однако, распространение данной технологии ограничивается низкой удельной несущей способностью по грунту боковой поверхности свай, что является серьезным недостатком в связи с постоянно растущими нагрузками на фундаменты: рост этажности

зданий,

промышленных

увеличение

объектов

мощности

требуют

заводского

постоянного

оборудования

увеличения

несущей

способности свайных фундаментов, а значит и увеличения их размеров (как правило, длины свай), при этом резко возрастает мощность оборудования необходимого для их устройства. Таким образом, разработка новых фундаментных конструкций глубокого заложения,

отвечающих

современным

требованиям

надежности,

экологичности, а так же позволяющих существенно снижать материальные и энергетические затраты на их устройство является актуальной. Повысить

эффективность

набивных

свай

помогает

технология

“преднапряжения” околосвайного грунта в момент их непосредственного изготовления. Суть данной технологии заключается в следующем: “После устройства каркаса сваи в грунте происходит его деформирование (увеличение его 36

поперечного сечения) за счет преднапряжения окружающего грунта по боковой поверхности сваи с последующей фиксацией данного состояния” (рис. 1). Использование данного принципа позволяет на практике получить сваю повышенной несущей способности. Во-первых, за счет значительного сопротивления грунта по боковой поверхности сваи, в результате изменения напряженнодеформированного состояния грунта в ходе деформации элементов каркаса сваи давлением. Во-вторых, за счет отклонения граней сваи от вертикали, обусловленного равномерно возрастающего с глубиной природного давления грунта. Принцип позволяет выделить три технологических этапа при устройстве рабочего ствола сваи: I этап – погружение технологической оснастки сваи на проектную глубину; II этап – деформация оснастки до рабочего сечения сваи; III этап – выдержка оснастки под давлением до стабилизации проектной формы сваи.

Рис.1. Формирование ствола новых фундаментных конструкций

На основе изложенного принципа был разработан ряд конструктивных решений новых фундаментных конструкций [1, 2]. Разработанные сваи изготавливаются либо на основе металлической трубы, к которой герметично прикрепляется деформируемая оболочка, либо из железобетонных элементов образующих в центре каркаса полость, в которую устанавливается деформируемый элемент (рис. 2). Наклон граней свай достигается не только благодаря сопротивлению грунта, но и наличию в основании каркаса связи, которая в первом случае является жесткой, во втором шарнирной.

б Рис. 2. Новые фундаментные конструкции а – с металлическим каркасом; б – с железобетонным каркасом

Данная технология устройства свай позволяет получить фундаментную конструкцию высокой удельной несущей способности. Новые сваи ориентированы на устройство их в грунте методом вдавливания, который, как показала практика, является наименее энергоемким по

сравнению

ударным,

виброударным,

вибрационным способом погружения.

вибровдавливающим

Объясняется

это

тем, что при

вдавливании свай работа максимально затрачивается на преодоление внешних сил - сопротивления грунта. При других методах погружения свай эта работа затрачивается на преодоление внутренних сил - возникающих в погружающих механизмах. Данное сочетание – конструктивное и технологическое – позволяет существенно

сократить

энергозатраты

при

устройстве

фундаментных

конструкций без потери их основных качественных характеристик. Список использованной литературы 1. Пат. 2249081 БИ№9, 2005. Способ изготовления сваи. Землянский А.А., Ращепкина С.А., Денисова А.П., Вертынский О.С. 2. Пат. 2263746 БИ№32, 2005. Свая. Землянский А.А., Ращепкина С.А., Денисова А.П., Вертынский О.С.

Программная среда для разработки распределенного компьютерного тренажера Мущинин Алексей Викторович инженер кафедры автоматизации технологических процессов и производств НХТИ (филиала) Казанского национального исследовательского технологического университета Для создания компьютерного тренажера [2] выбрана среда разработки Embarcadero Delphi XE2. Среда является инструментом для создания новой программной оболочки, в которой разрабатывается тренажерный комплекс. Создание и проектирование инструмента по разработке компьютерных тренажеров

является

актуальной

проблемой,

решение

которой

ищут

крупнейшие научно-исследовательские центры, компании по разработке и производству средств управления и автоматизации. На рынке компьютерных тренажеров сложилась ситуация, когда часть продуктов производится разработчиками систем управления. Такие комплексы имеют максимальную интеграцию к существующим распределенным системам управления (РСУ) и SCADA системам. Разработка таких систем является наилучшим решением, представленным среди производителей тренажеров. Они позволяют обучаться работе с системами управления в условиях, полностью идентичных реальным, ведь в обучении задействуются средства управления и визуализации,

алгоритмы

управления,

контроллеры

программное

обеспечение, а также рабочие места, оформленные в точности с таковыми на объекте управления. Все это позволяет решить множество проблем, присущих разработчикам компьютерных тренажеров второй группы. Вторая группа компьютерных тренажеров является более универсальной и недостатки перед первой группы здесь превращаются в достоинства. Данные комплексы разрабатываются сторонними разработчиками и в большинстве случаев не зависят от существующей системы управления. При пожелании заказчика в таком комплексе меняется лишь пользовательский интерфейс, что позволяет приблизить среду обучения к существующей системе управления.

Логика работы данного комплекса, создаваемые математические модели, принципы обучения не зависят от существующей системы управления. Из этого появляется возможность создания тренажерных систем на производствах, эксплуатирующих системы управления различных производителей. Подобные комплексы являются более универсальными и с успехом использутся даже там, где не существует современной системы управления, а используется система управления на релейной логике либо на пневматических устройствах [5]. Рассмотрев существующие подходы к построению тренажерных систем перейдем к разработанному комплексу. Конструктор представляет собой универсальное средство, позволяющее создавать визуализацию технологического процесса, математические модели, сценарии действий пользователя в процессе обучения, а также реализовывать принципы работы системы управления [1]. Ввиду обозначенных возможностей программного комплекса была создана многоуровневая система, состоящая из следующих основных уровней/модулей: 1. Модуль графической разработки технологических схем. Модуль визуализации выполняет прорисовку визуальных объектов, а также

обеспечивает

синхронное

отображение

требуемых

регламентом

параметров технологического процесса. Создание графической оболочки, которая в SCADA-системах называется мнемосхемой, происходит во вкладке «Design» (рис. 1). В верхней части данного окна находятся типовые объекты, используя которые происходит создание всей среды отображения данных. Здесь присутствуют типовые аппараты химической технологии: емкости, теплообменники, массобменное и реакционное оборудование, печи, регулирующие и отсечные клапана, арматуры электрозадвижки и соединительные трубопроводы. Также здесь находятся окна контроля и управления (фейсплейты). Используя данное типовое оборудование, разработчик создает графическую среду отображения. Она имеет аналогичный вид как для узлов с системами управления, так и без них. Графическая оболочка может создаваться отдельно от остальных элементов компьютерного 41

тренажера и связывается с ними в единое целое только на этапе отладки программы.

Рисунок 1. Технологическая схема узла хранения углеводородов

Рисунок 2. Окно настройки сетевого соединения с сервером

2. Модуль для разработки многопользовательской сетевой структуры. После запуска программного обеспечения серверной части запускается интерактивное окно, позволяющее управлять базой данных и работой сервера. Для настройки подключения к серверу станций администратора и оператора необходимо знать IP-адрес сервера, адрес Прокси-сервера (при необходимости) и номер порта, по которому производится передача данных (Рис. 2). Адрес Прокси-сервера в определенных случаях можно не вводить. После этого производится проверка подключения. Программное обеспечение инструктора или оператора переходит в режим обмена данными с сервером и становится

пригодным для выполнения своих непосрдественных функций: контроля, настройки и обучения. 3. Модуль разработки скриптового описания. Данный уровень является «сердцем» системы и его наполнение является важнейшей задачей при разработке компьютерного тренажерного комплекса. Модуль

обработки

математических

моделей

осуществляет

выполнение

вложенной в блок математической модели, применяя текущее состояние процесса, т.е. обрабатывает параметры используемые математической моделью с текущими значениями и регистрирует изменения. Работа с математическими моделями происходит во вкладке «Diagram» (Рис. 3), где создается блок-схема моделируемого объекта. Совершив двойной клик мыши по необходимому блоку, пользователь переходит в окно свойств объекта (Рис. 4). Во вкладке «Params» отражаются все существующие параметры для данного блока. Здесь происходит настройка каждого параметра, ввод значения по умолчанию, опеределение единиц измерения, задание шкалы диапазона, при необходимости значения предупредительной и критической сигнализаций (Рис. 5). Для изображенного регулятора в качестве параметров используются

коэффициенты

пропорциональности,

интегрирования

дифференцирования. Вкладка «Code» отображает окно разработки скриптового описания (Рис. 6) математических моделей. Язык разработки по синтаксису подобен языку программирования

Паскаль,

что

не

вызывает

сложностей

работе

пользователя, имеющего минимальный уровень подготовки. При разработке компьютерного тренажера пользователь создает математические модели для каждого аппарата, которые могут использоваться в дальнейшей работе. Таким образом,

каждый

пользователь

может

не

только

создавать

новые

математические модели, но использовать ранее созданные. В этом заключается ключевая особенность данного комплекса. Все модели являются открытыми, что позволяет не только использовать их, но производить настройку, изменение

и модернизацию математических моделей, в соответствие с конкретными технологическими процессами.

Рисунок 3. Окно разработки структуры объекта

Рисунок 4. Окно задания свойств функциональных блоков

Рисунок 5. Окно настройки параметров

Рисунок 6. Окно разработки скриптового описания объектов

4. Модуль разработки процедур пуска, останова, локализации и ликвидации аварийных ситуаций Следующим ключевым этапом создания тренажерного комплекса является разработка сценариев, руководствуясь которыми пользователь будет проходить обучение. Сценарий разрабатывается для каждого пользователя, согласно регламенту пуска, останова или плана ликвидации аварийных ситуаций. Сценарий определяет перечень действий, которые пользователю необходимо выполнять для успешного прохождения тестирования. Структура тренажера разработана таким образом, что пользователь может выполнять действия

только в соответствие со сценариями. Любое отклонение от него считается ошибкой и фиксируется в базе данных. Уровень разработки сценариев находится во вкладке «Scheme» (Рис. 7).

Рисунок 7. Окно ввода перечня выполняемых действий

Рисунок 8. Окно ввода перечня выполняемых действий

Модуль

разработки

базы

пользователей

возможностью

разграничения прав доступа. Вкладка

«Users»

(Рис.

предназначена

для

разработки

базы 46

пользователей компьютерного тренажера. С помощью комбинации кнопок осуществляется пользователей,

добавление,

занимаемых

удаление,

должностей

редактирование

паролей.

ФИО

Кнопки

предназначены для открытия ранее созданных баз пользователей и сохранения измененных. Во вкладке Должность имеется возможность добавления новых должностей.

качестве

пользователей

могут

выступать

машинисты,

аппаратчики, технологи, механики. На основе представленного программного обеспечения были разработаны и

внедрены

эксплуатацию

тренажерные

комплексы

действующих

производственных объектов [4, 5], что подтверждает практическую ценность полученных результатов.

1. 2. 3. 4. 5.

Список использованной литературы А.В. Мущинин, А.В. Долганов, Д. В. Елизаров, В. В. Елизаров, Вестник Казан. технол. ун-та, 16. 12. С. 269–272 (2013). А.В. Мущинин, Вестник Сарат. гос. технич. ун-та, 64.2. С. 230–234 (2012). Авт. свид. РФ 2013618498 (2013) Авт. свид. РФ 2013618499 (2013) В. М. Дозорцев, Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов. Синтег, Москва, 2009, 372 с.

Проблемы формирования гидрофобных и супергидрофобных поверхностей Кожухова М.И., мл. науч. сотрудник, аспирант, Белгородский Государственный Технологический Университет им. В.Г. Шухова Контроль за увлажнением твердых поверхностей является очень важной задачей как с практической, так и с теоретической точки зрения. Поэтому изучение особенностей поверхностей материалов различной природы, текстуры и структуры и разработка поверхностей с определенной топографией и заданным химическим составом является привлекательным и перспективным направлением в последнее десятилетие [1, 2]. Базовым

показателем

степени

смачивания

поверхности

обычно

определяется измерением показателя контактного угла капли воды или водного раствора на твердой поверхности. Если значение контактного угла водной капли ниже 90о, такие поверхности принято называть гидрофильными. Поверхности, на которых значение контактного угла равно либо выше 90 о рассматриваются как гидрофобные. В свою очередь, гидрофобные материалы классифицируются как гидрофобные (со значением контактного угла от 90о до 150о), супергидрофобные (со значением контактного угла от 150о до 180о) и ультрагидрофобным, которые характеризуются значением контактного угла выше 180 о и минимальным углом скатывания (менее 15 о)[2]. Рисунок 1. Значения контактных углов на поверхностях различной степени гидрофобности 167o

150o

90o

45o

10o

Для того чтобы создать поверхности с гидрофобными характеристиками, достаточно нанести водоотталкивающее покрытие. С физической точки зрения, единица объема жидкости может легко регулировать свою форму, стремясь минимизировать величину свободной

энергии поверхности и, поскольку минимальной площадью поверхности обладает сферическая форма, капля жидкости всегда стремиться стать сферической. Однако, в природе, как можно заметить, водные капли существуют не всегда в виде сферической формы. Обычно, капли большего объема и те, которые касаются твердой поверхности деформируются за счет сил гравитации и при взаимовлиянии воды и твердого тела. Таким образом, гидрофобное

покрытие,

по

сути,

характеризуется

слабой

энергией

поверхностного натяжения или ее отсутствием. В этом случае капля воды не растекается по поверхности, стремясь уменьшить величину поверхностной энергии [3]. Природа таких покрытий может быть различной. В некоторых случаях используются такие полимеры как эпоксидные смолы, акрилаты, полиамиды, полиэстеры, флоурополимеры (Тефлон) и др. Но область применения их ограничена ввиду того, что они подвержены процессам старения под воздействием УФ-излучения, перепадам температур, а также окислительной деструкции. Поэтому они не могут применяться в качестве защитных гидрофобных покрытий таких инженерных конструкций как мостовые и дорожные сооружения. Не всегда они могут быть использованы даже для обработки фасадов зданий. Поэтому, вышеуказанные материалы нашли широкое применение для устройства полов, а также обработки стен в зданиях промышленного и специального назначения, а также как внутренние защитные покрытия в зданиях и сооружениях общего назначения. Так, для придания материалам гидрофобных свойств, эксплуатируемым в условиях окружающей среды, чаще всего используют силиконовые материалы на основе силоксанов и силиконатов. Чаще всего они используются для обработки бетонных поверхностей. С другой стороны, чтобы придать материалу супергидрофобные свойства, применение полимерных или маслосодержащих композиций не достаточно. Как

правило,

для

создания

поверхности

супергидрофобными

характеристиками, необходимо учитывать два основных фактора. 49

Во-первых, поверхность материала должна обладать низким значением поверхностной энергии. Другими словами, она должна обладать изначально гидрофобными свойствами, как для полимерных материалов, со свойственной им гидрофобностью. Для остальных материалов, таких как бетон, стекло, металл, дерево гидрофобные свойства должны быть созданы искусственно. Во-вторых, поверхность должна иметь определенную текстуру и степень шероховатости. Поверхностная шероховатость или топология оказывает определенный эффект при смачивании материала. За счет шероховатости увеличивается площадь поверхности, так что при такой поверхности контакта в системе «жидкость – твердое тело» может быть достигнуто для капли, «сидящей» на шероховатой поверхности, только с более высоким значением контактного угла, чем на гладкой поверхности [4]. На сегодняшний день известны несколько видов текстур поверхности, которые обладают гидро- и супергидрофобными свойствами. Так, текстура поверхности материала может быть «шипообразной», ярким примером которой может служить структура поверхности листьев Лотоса (рис. 2а). Такой вид текстуры можно придать поверхности материала за счет использования коллоидных частиц, методов роста кристаллов, а также методом травления. Топология поверхности также может быть «текстилеобразной», где в качестве «нитей» используются гидрофобные или гидрофобизированные фибры или волокна, сплетенные определенным образом, так чтобы сформировать текстуру текстиля

(рис.

сформировать

2б); на

игольчатой

или

поверхности

розообразной,

материала

которую

методом

можно

диффузионно-

лимитируемого роста кристаллов (рис. 2 в,г). Известно, что примером для создания таких текстур служит сама природа. Человечество пытается лишь только копировать то, что создала природа. Важным аспектом в данном случае является тот факт, что супер- и ультрагидрофобные иерархической

свойства

структуры,

достигаются

которые

за

представляют

счет собой

формирования совокупность

упорядоченности на нано- микро- и макроуровнях. Теоретически, создание 50

таких структур на поверхности возможно, но с практической точки зрения, это довольно проблематично, поскольку главным аспектом является стабилизация «построенных» структур, а также сочетание гидрофобных и достаточно высоких физико-механических характеристик [5], что является основным требованием при производстве материалов, особенно в области строительного материаловедения. Рисунок 2. Микроструктура различных типов супергидрофобных поверхностей: а – «шипообразная»; б – текстилеобразная; в – игольчатая; г – розообразная

Если фокусироваться на формировании гидрофобных и супергидрофобных покрытий на поверхности строительных материалов, ярким примером может служить бетонные конструкции такие как, аэродромы, дороги, мосты, фасады зданий, опоры ЛЭП и т.д., которые требуют защиты от увлажнения и коррозии круглый

год.

данном

случае,

ввиду

микро-

макроструктурной

шероховатости, а также фазовой и химической гетерогенности поверхности такие

методы

как

литография,

выращивание

кристаллов,

травление,

элекстрохимическое осаждение не могут быть применены. В данном случае нужно пытаться решать проблему, используя комплекс существующих методов или

же

разработать

методологию,

пригодную

для

конкретного

типа

поверхности с его специфическими свойствами. Например, формирование требуемой текстуры может осуществляться на стадии приготовления бетонной смеси с последующей обработкой поверхности гидрофобизирующим раствором или эмульсией. Причем, способы нанесения 51

гидрофобных покрытий также должны выбираться в зависимости от степени шероховатости и текстуры поверхности материала [6]. Для придания гидрофобных и супергидрофобных свойств металлическим поверхностям, здесь наиболее часто литография,

травление,

применяются

электрохимическое

такие методы

осаждение.

как

Пескоструйная

обработка также может быть применена в данном случае [4, 5, 7]. Таким

образом,

гидрофобности

для

необходимо

придания учитывать

материалам в

первую

требуемой

степени

очередь

природу

обрабатываемой поверхности, ее топологию, а также условия эксплуатации материала с полученными гидрофобными характеристиками, поскольку, для каждого случая необходимо применять определено подобранный метод или же разрабатывать специальную методологию, которая будет включать комплекс методов. 1.

Список использованной литературы Zhiguang Guo, Weimin Liu c, Bao-Lian Su Superhydrophobic surfaces: From natural to biomimetic to functional, Journal of Colloid and Interface Science, Elseiver, 353 (2011) 335–355. Bharat Bhushan, Yong Chae Jung Natural and biomimetic artificial surfaces for superhydrophobicity, self-cleaning, low adhesion, and drag reduction 56 (2011) 1–108. Neil J. Shirtcliffe, Glen McHale, Shaun Atherton, Michael I. Newton An introduction to superhydrophobicity, Advances in Colloid and Interface Science, Elseiver, 161 (2010) 124–138. Michael Nosonovsky, Bharat Bhushan Superhydrophobic surfaces and emerging applications: Non-adhesion, energy, green engineering, Current Opinion in Colloid & Interface Science, Elseiver, 14 (2009) 270–280. Yingqiang Zhao, Hongmin Chen, Xiaoying Wang, Junhui Hea, Yunbo Yu, Hong He, Flower-like tungsten oxide particles: Synthesis, characterization and dimethyl methylphosphonate sensing properties, Analytica Chimica Acta, Elseiver, 675 (2010) 36–41. M. H. F. Medeiros1, P. Castro-Borges, D. M. Aleixo, V. A. Quarcioni, C. G. N. Marcondes and P. Helene, Reducing Water and Chloride Penetration Through Silicate Treatments for Concrete as a Mean to Control Corrosion Kinetics. Paul Roach, Neil J. Shirtcliffe and Michael I. Newton, Progress in superhydrophobic surface development, The Royal Society of Chemistry, Soft Matter, 2008, 4, 224–240.

*За заявкою автоа, доступ до статті обмежено * По заявке автора, доступ к саттье ограничен

УДК 681.513.683 Продвижение сайта в поисковых системах Алпысбаева Гулай Омирбеккызы студентка группы ВТ-12-1 Карагандинского государственного технического университета Научный руководитель Даненова Гульмира Тулендиевна, к.т.н. доцент кафедры информационных технологий и безопасности Карагандинского государственного технического университета Актуальность и значимость. Поисковая оптимизация сайта - это искусство

использования

приобретения

прибыли.

алгоритмов Хорошо

работы

поисковых

раскрученный

ресурс

систем сегодня

для стал

неотъемлемой деталью имиджа преуспевающей фирмы. Первое, что необходимо сделать – это найти целевую аудиторию. Определение целевой аудитории содержится в составлении примерного портрета целевого посетителя сайта. Основные характеристики целевой аудитории: пол, место жительства, возраст, семейное положение, образование, занятость,

финансовый

статус,

социальный

статус,

также

специализированные данные, важные для специфики сайта. Имеется – несколько способов определение целевой аудитории:  лог-анализатор сервера и данные счетчика посещений (разрешают пройти все действия пользователей на сайте и конкретизировать распределение аудитории сайта по регионам, по времени и др.);  опросы аудитории сайта (анкетирование уникальных посетителей с использованием опросной формы или регистрации на сайте);  системы аудита и традиционные опросы исследовательских компаний (агентств). Основная часть. Важным источником статистической информации о целевой аудитории сайта является статистика запросов поисковых систем. Оценить значимость целевой аудитории можно по числу поисковых запросов. Подобные сервисы имеют, например, поисковые системы Яндекс и Рамблер. На

основе данных, полученных в результате сбора информации, можно получить сводные цифры и изучить закономерности поведения групп пользователей и оценить эффективность рекламного воздействия. Характеристики портрета целевой аудитории учитываются при разработке дизайна и структуры, а также при внесении корректировок в информационное наполнение сайта с целью привлечения большего числа посетителей, входящих в круг целевой аудитории. Ссылочная структура. Если на страницу, которую вы оптимизируете, имеется ссылка с другой страницы вашего сайта, то обязательно используйте ключевое слово в тексте данной ссылки. На всех страницах указывайте ссылку на главную страницу, с ключевым запросом в тексте ссылки. Таким образом, вы существенно добавите вес главной страницы по этому запросу. Последним этапом в продвижение сайта является внешняя оптимизация сайта, которая содержится в работе с внешними факторами. Внешние факторы влияющее на положение продвигаемого сайта в серпе это есть не что иное как внешние ссылки сайта. Или по-другому ссылки ссылающиеся на продвигаемый нами сайт. Количество и качество ссылок ведущих на сайт имеют огромное значение. Конечным шагом является выбор хостинга. Это может быть и предоставление в аренду целого сервера, и даже размещение на своей площадке сервера, но наиболее востребованной услугой является виртуальный хостинг. В интернете существуют как платные, так и бесплатные хостинги. У каждого варианта есть свои плюсы и минусы.

Основной плюс бесплатного хостинга - не нужно

платить денег. Разместить сайт на бесплатном хостинге проще и быстрее. Минусы его состоят в том, что на страницы сайта, размещённого на бесплатном хостинге, как правило, принудительно вставляется реклама, а так же существуют более жёсткие требования к тематике сайта и размещению скриптов. Кроме того, одно из основных ограничений в том, что сайт будет иметь доменное имя третьего уровня, что снижает позиции сайта в поисковых системах и рейтингах. Услуги платного хостинга предлагают огромное число компаний, от крупных и широко известных, до совсем небольших. Условия хостинга и тарифные планы, которые они предлагают, могут существенно 71

различаться. При выборе хостинга нужно внимательно изучить условия предоставления его, и выбрать наиболее подходящий. В данной статье описан универсальный механизм продвижения сайта в поисковых системах. Эффективное поисковое продвижение сайта разрешает привлечь именно целевую аудиторию. Последствия продвижения сайта дают эффект значительно выше, чем другая реклама, но максимальный эффект от продвижения сайта происходит не мгновенно, а через 1-2 месяца после начала работ. Список использованной литературы 1. Проявление виртуальности в жизни пользователя [Электронный ресурс]: сайт – Режим доступа: http://www.virtuаl-server.ru/google/seаrсh25.html 2. Электронный словарь [Электронный ресурс]: база данных – Режим доступа: http://ru.wikipediа.org 3. Web-технологии [Электронный ресурс]: электрон. журн. — Режим доступа: 4. http://htmlweb.ru/аnаliz/саtаlog.php

Концепция интеллектуального алгоритма автоматизированной системы энергопотребления В.В. Болдырев, студент 4 курса М.А. Горькавый, канд.тех.наук (ФГБОУ ВПО Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,) Статья содержит концепцию алгоритма автоматизированной системы направленной на поддержание бережливого энергопотребления. Основная часть статьи состоит из описания общей концепции алгоритма и описания блока формирования рекомендации. Введение Оптимизация энергопотребления является

одним из приоритетных

направлений энергоменеджмента. Большинство существующих разработок в этой области, предназначены для мониторинга в реальном времени расхода энергетических ресурсов и предоставлением полученных данных конечному пользователю. При этом, пользователь сам решает, как применить полученные данные, что не всегда означает принятие эффективных решений, поскольку большинство из них могут оказаться субъективными. Т.е. максимальная оптимизация невозможна, если в системе присутствует человеческий фактор. Поэтому

предлагается

снизить

влияние

человека

на

управление

энергетическими ресурсами. Это может достигаться за счет расширения функционала автоматизированных систем путем добавления специального алгоритма, выполнение, которого позволяет перерабатывать данные и выдавать их пользователю

в виде уже готовой рекомендации по повышению

энергоэффективности и отслеживать их соблюдение. В статье представлена концепция алгоритма, который может стать основой программного

обеспечения

для

управления

техническим

комплексом,

направленным на минимизацию энергетических затрат.

Концепция алгоритма Управление программно – техническим комплексом основной функцией, которого

является

формулировка

рекомендации

по

повышению

энергоэффективности на естественном языке, будет осуществляться по предложенному ниже алгоритму. Объективность принимаемых решений будет обеспечиваться за счет использования данных поступающих только из поверенных источников, а эффективность - в результате контроля выполнения сформулированных рекомендаций. Алгоритм делится на три основные части: 1) сбор данных; 2) формирование рекомендации; 3) отслеживание и контроль выполнения рекомендаций. Стоит отметить, что рекомендация для пользователя представляет собой сообщение на естественном языке, состоящее из сформулированной проблемы и вариантов её решения. За проблему (ошибку) будет приниматься несоответствие полученных данных установленным нормативам, хранящимся в базе данных, к которой будет обращаться система, выполняющая указанный алгоритм. Отклонение от нормы фиксируется, затем подбирается вариант устранения отклонения в численном эквиваленте. Далее производится подбор действий приводящих к устранению

ошибки

путем

сопоставления

численного

вероятного

практического решения, тип которого соответствует возникшей ошибке. Поскольку регламенты не учитывают некоторые частные случаи использования энергии, база данных будет дополнена решениями, эффективность которых доказана и не противоречит нормам безопасности тех или иных видов деятельности. Алгоритм предусматривает контроль выполнения рекомендаций, но поскольку

системе

энергоменеджмента

необходимо

непосредственно

воздействие на человека, требуется применение средств оповещения (звуковых 74

или световых индикаторов, смартфонов, персональных компьютеров и т.д.). Общий вид алгоритма отображен на рисунке 1 в виде блок-схемы: Рисунок 1. Блок схема Начало Сбор данных Нет

Запрос и получение сигналов от группы измерительных и наблюдательных устройств Сопоставление полученных кодов сигналов с базой данных

Формирование рекомендации

Формирование первой части рекомендации , где сформулирова на проблема (ошибка)

Коду соответствует ошибка

Передача информации об ошибки в блок формирования решения Классификация ошибки и переход к группе решений соответствующих ошибке Подбор решений проблемы и начало формирования сообщения пользователю Перевод информации на естественный язык Нет

Отслеживание и контроль выполнения рекомендаций

Да

Формирование второй части рекомендации, где сформулировано решение

Отправка сообщения пользователю

Ошибка устранена

Да

Конец

Декомпозиция блока формирования рекомендации На рисунке 2 представлена концепция алгоритма формирующего решение, где указаны основные источники преобразуемых данных и последовательность действий алгоритма, до момента перевода на естественный язык сообщения рекомендации. Рисунок 2. Концепция алгоритма формирования рекомендации (программы)

В таблице 1 приведено подробное описание изображенных на рисунке 2 элементов:

Таблица 1. Описание элементов концепции алгоритма Входы процесса «Разработка программы повышения эффективности потребления энергии на основе первичных данных» Название стрелки Определение Источник Статистические Данные о затраченной энергии за Измерительные данные указанный период времени устройства Данные о Данные о виде предполагаемых работ и Пользователь предполагаемом их объеме объеме работ Выходы «Разработка программы повышения эффективности потребления энергии на основе первичных данных» Название стрелки Определение Получатель Программа, Программа в общем виде, не Процесс основанная на оптимизированная под конкретную «Оптимизация статистических ситуацию программы» данных Управления процесса «Разработка программы повышения эффективности потребления энергии на основе первичных данных» Название стрелки Определение Источник Информация об Данные о методиках компаний успешно Сеть интернет опыте других реализующих принцип бережливого компаний в энергопотребления энергоменеджменте Показатели Показатели, которым должен Процесс эффективности соответствовать конечный результат «Координация процесса процесса процессов формирования программы» Механизмы Технические средства ПО для формирования решения Входы процесса «Оптимизация программы» Название стрелки Определение Источник Программа, Программа в общем виде, не Процесс «Разработка основанная на оптимизированная под конкретную программы повышения статистических ситуацию эффективности данных потребления энергии на основе первичных данных» Данные о затратах Данные отражающие количество Пользователь или финансовых средств расходуемых финансовых средств на система на энергию (месяц) каждый тип энергии за прошедший месяц коммерческого учета электроэнергии Выходы «Оптимизация программы» Название стрелки Определение Получатель Сформированная Программа повышения эффективности Процесс тестирования программа энергоменеджмента, основанная на программы повышения статистических данных, эффективности оптимизированная под конкретную

системы ситуацию энергоменеджмента Управления процесса «Оптимизация программы» Название стрелки Информация об опыте других компаний в энергоменеджменте Показатели эффективности процесса Показатели эффективности энергоменеджмента

Определение Источник Данные о методиках компаний успешно Сеть интернет реализующих принцип бережливого энергопотребления Показатели, которым соответствовать конечный процесса

должен Процесс результат «Координация процессов формирования программы» Установленные результаты Стандарт, регламенты эффективного энергоменеджмента, к и другие источники, достижению которых стремится устанавливающие система требования к потреблению энергии

Отчет о тестировании Программа прошедшая тестирование

Информация о количестве выявленных ошибок в сформированной программе, либо об их отсутствии не Программа с выявленными ошибками

Процесс «Тестирование программы» Процесс «Тестирование программы»

Механизмы Технические средства ПО для формирования решения Входы процесса «Тестирование программы» Название стрелки Определение Источник Сформированная Программа повышения эффективности Процесс программа энергоменеджмента, основанная на «Оптимизация повышения статистических данных, программы» эффективности оптимизированная под конкретную системы ситуацию энергоменеджмента Выходы «Тестирование программы» Название стрелки Определение Получатель Отчет о Информация о количестве выявленных Процесс тестировании ошибок в сформированной программе, «Оптимизация либо об их отсутствии программы» Программа не Программа с выявленными ошибками Процесс прошедшая «Оптимизация тестирование программы» Программа Готовая к применению программа Пользователь повышения повышения эффективности система эффективности энергоменеджмента предназначенная энергоменеджмента выполнения сформированной программы

или для

Управления процесса «Тестирование программы» Название стрелки Информация об опыте других компаний в энергоменеджменте Показатели эффективности процесса

должен Процесс результат «Координация процессов формирования программы»

Механизмы Технические средства ПО для формирования решения

Заключение Предложенный алгоритм может стать основой для информационной системы программно – технического комплекса направленного на оптимизацию энергопотребления. В дальнейшем будет представлена детальная декомпозиция каждой составляющей алгоритма, но выше сказанного достаточно для того, чтобы сложилось представление, как именно будет решаться обозначенная в начале статьи проблема, а именно повышение энергоэффективности различных объектов посредствам интеллектуальных автоматизированных систем. Подобная система позволит значительно сократить потери электроэнергии связанные с её нерациональным использованием человеком, поскольку все решения будут приниматься своевременно и безошибочно. Т.о. сокращение энергопотребления будет действительно эффективным методом минимизаций расхода энергии, что позволит снизить энергоемкость продукции различных предприятий. Список использованной литературы 1. Буч, Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ / Г. Буч; пер. с англ. И. Романовского; под ред. Ф. Андреева – М. : Невский Диалект, 2000. – 359 с. 2. Министерство энергетики РФ // MINENERGO.GOV.RU : ежедн. интернет-изд. 2008. 22 июля. URL: http://minenergo.gov.ru (дата обращения 06.04.2013)

Электронные цифровые подписи Брагина Светлана Валериевна Студентка четвертого курса, факультета "Технологий сервиса и моды" Киевского национального университета технологий и дизайна Электронная цифровая подпись – это определенный тип информации, присоединённый к другой информации в электронном виде. Применяется для идентификации личности, имея такую же юридическую силу, как и подпись на документе в бумажном виде. Само понятие как «Электронная цифровая подпись» было предложено в 1976 году Уитфилдом Диффи и Мартином Хеллманом, не смотря на то, что они лишь предполагали возможность её существования, но по исходу не большого количества времени были разработаны криптографические алгоритмы, которые могут быть использованы для цифровых подписей. Теперь ЭЦП достаточно популярна, так как в наше время

много

документации

храниться

именно

электронном

виде.

Электронная цифровая подпись гарантирует проверку целостности документов, установление лица, отправившего документ и конфиденциальность документа. Но и в то же время нельзя исключать таких возможностей что: -злоумышленник, который похитил закрытый ключ, может подписывать документы от имени владельца ключа; -злоумышленник, может заменить открытый ключ владельца своим, выдавая себя за него; Одним

из

видов

криптографических

алгоритмов

является

RSA(аббревиатура от фамилий Rivest, Shamir и Adleman), базирующийся на вычислительной сложности задачи факторизации больших целых чисел. Эта криптографическая система и была первой пригодной как для шифрования, так и для цифровых подписей. По этой системе цифровой подписи особа, которая желает пересылать документ (ы), обязана создать два ключа данного алгоритма: открытый(public)

закрытый

(private),

вместе

они

составляют

пару

ключей(keypair).Закрытый ключ особа должна держать в тайне, в то время как

открытый ключ может распространять где-либо. Если документ был зашифрован открытым ключом, то для расшифровки требуется закрытый ключ. Для генерации пары ключей необходимо произвести следующие действия: 1) Выбрать два больших простых числа p и q. 2) Затем считаем их произведение n=p*q. 3) Вычисляется функция Эйлера от числа n: ϒ(n)=(p-1)(q-1). 4) Выбираем целое число е, чтоб оно находилось в промежутке 1<е<ϒ(n) и е взаимно простое вместе с φ(n). 5) И при помощи расширенного алгоритма Эвклида находиться d, чтобы удовлетворяло условию ed=1(mod φ (n)). Отсюда получаем пары ключей, где пара e,n – открытый ключ, а пара е,d – закрытый ключ. Шифрование сообщения М происходит следующим образом: Ме mod n. Дешифрование сообщения М: Md mod n. При использовании подписи RSA мы избегаем большинства коллизий первого рода, т.к. взломщику необходимо решить сложные математические формулы. Другим видом является ЭЦП на основе алгоритма Эль – Гамаля(EGSA). Само понятие как схема алгоритма была предложена в 1984 году Тахером Эль – Гамалем. Он усовершенствовал систему Диффи – Хелмана и получил два алгоритма для шифрования и идентификации. В отличие от алгоритма RSA этот алгоритм стал более дешевым, т.к. не был запатентован. В алгоритме Эль – Гамаля для генерации пары ключей (открытый, закрытый) необходимо придумать большое простое число Р и большое целое G, причем G должно быть меньше Р. Отправитель и получатель сообщения (документа) используют одинаковые целые числа, которые не являются секретными Р(~

или ~

) и G(~

или ~

). Человек, который

отправляет сообщение случайным образом, выбирает любое целое число Х, которое по условию больше 1, но меньше (Р-1) и вычисляет открытый ключ следующим образом Y=Gxmod P. И это число отправляется открыто всем 81

получателям сообщения, в то время как Х отправитель обязан хранить в секрете. Для использования подписи сообщения М отправитель хэширует его при помощи хэш-функции в целое число: m=h(M), где m більше 1, но менше (Р1) и генерирует целое число К (1<K<(P-1)), теперь К и (Р-1) являются взаимно простыми. Теперь отправителю необходимо вывести а: а=Gk mod P. Затем отправителю необходимо вычислить с помощью закритого ключа Х целое число b(при помощи расширенного алгоритма Эвклида): m=X*a+K*b(mod(P1)). Теперь a и b составляют цифровую подпись S. Для проверки подлинности сообщения получателю необходимо хэшировать принятое сообщение и проверяет его на подлинность, если A=Gm(mod P). Схема цифровой подписи Эль – Гамаля имеет определенные преимущества по сравнению с RSA, к примеру, используют меньше памяти за счет более короткой записи, что следственно уменьшает сложность вычисления, при выборе Р необходимо проверить лишь то, что это число простое и что (Р-1) имеет простой большой множитель. Хотя и цифровая подпись Эль-Гамаля уступает по некоторым критериям RSA, к примеру, длинна самой подписи в полтора раза длиннее. Хотя по крипкостойкости алгоритм RSA является равным с Эль-Гамаля. В

настоящее

наиболее

время криптосистемы

перспективными.

криптостойкость

которой

ним

с открытым ключом считаются

относится основана

схема

Эль-Гамаля,

на вычислительной

сложности проблемы дискретного логарифмирования. Использование систем электронного документооборота с применением ЭЦП существенно ускоряет проведение многочисленных коммерческих операций,

сокращает

объемы

бумажной

бухгалтерской

документации,

экономит время сотрудников и расходы предприятия, связанные с заключением договоров, оформлением платежных документов, предоставлением отчетности в контролирующие органы, получением справок от различных госучреждений и прочим. В основном используются физическими и юридическими лицами.

1. 2. 3. 4. 5.

Список использованной литературы Алфёров А.П., Зубов А.Ю., Кузьмин А.С., Черемушкин А.В «Основы криптографии». Б. А. Фороузан «Схема цифровой подписи Эль-Гамаля». Нильс Фергюсон, Брюс Шнайер «Практическая криптография». https://www.masterkey.ua/ http://ru.wikipedia.org/wiki/

Перспективы использования геополимерного вяжущего на основе золы-уноса Данакин Дмитрий Николаевич, студент, БГТУ им. В.Г. Шухова Столкнувшись с нарастающей угрозой глобального изменения климата, истощением природных ресурсов и коллапсом мировой экосистемы, в настоящий момент в частности мировая строительная индустрия находится на этапе беспрецедентной проверки на прочность. Дело в том, что здания всего мира используют около 40% всей потребляемой первичной энергии, 67% всего электричества, 40% всего сырья и 14% всех запасов питьевой воды, а также производят 35% всех выбросов углекислого газа и чуть ли не половину всех твердых городских отходов [1]. Согласно результатам исследований 10 ведущих учёных-климатологов, опубликованных в научном журнале "Open Atmospheric Science Journal" (рисунок 1),

для

предотвращения

климатической

катастрофы

текущее

содержание углекислого газа в атмосфере нашей планеты должно быть снижено [2].

Рисунок 1 - Прогнозируемый тренд содержания CO2 в атмосфере планеты

На

графике

красной

линией

представлен

прогнозируемый

тренд

содержания CO2 в атмосфере планеты согласно организации EIA – Альянс отраслей электронной промышленности. Синей линией - концентрация CO2 в атмосфере в случае отказа от использования углеводородных запасов планеты и перехода на биотопливо, а также озеленения, вышедших из оборота сельскохозяйственных земель, согласно IPCC – Межправительственной группы экспертов по изменению климата. По расчётам учёных «безопасное» содержание CO2 в атмосфере нашей должно составлять 350ppm, по заявлению группы исследователей именно такое содержание углекислого газа не выведет климат Земли из равновесия. Результаты исследований их предшественников в качестве «фатального» уровня CO2 называли цифру 450ppm (ppm дословно переводится, как «частиц на миллион», т.е. 450 молекул CO2 на миллион молекул атмосферных газов). В настоящее время содержание CO2 в нашей атмосфере составляет 385ppm, и каждый год, благодаря сжиганию углеводородного топлива, содержание углекислого газа в атмосфере нашей планеты увеличивается на 2ppm. Результаты проведённых исследований говорят о том, что мы достигли такого уровня CO2 в атмосфере нашей планеты, когда ледяные шапки нашей планеты находятся под угрозой – подчёркивает, один из исследователей, Марк Пагани. Разработанная группой учёных модель указывает на то, что максимальное содержание CO2 (400-425ppm) в атмосфере нашей планеты будет достигнуто между 2010 и 2030 годами. Далее концентрация углекислого газа в атмосфере Земли начнёт падать. Причиной снижения содержания CO2 в атмосфере будет истощение углеводородных ресурсов (газ, нефть) нашей планеты. При этом уже более века количество CO2 в атмосфере неуклонно растет. И причина этого роста, прежде всего, в сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа). Каждый год человечество выбрасывает в атмосферу 7 миллиардов тонн углекислого газа [2]. Большие выбросы CO2 наблюдаются при увеличении числа личного и общественного транспорта, при сжигании биомассы в том 85

числе лесов, как основного естественного потребителя углекислого газа. Сведение лесов и сжигание топлива по масштабам продуцируемого СО2 сейчас примерно уравновешивают друг друга. В итоге определение состава воздуха показывает, что за последние 200 лет в атмосфере Земли углекислого газа стало на 25% больше [2]. И наконец в настоящее время негативные последствия строительной деятельности достигают огромных размеров - по данным специалистов до 25% всех выбросов СО2 на земном шаре приходится на строительный комплекс, в том числе свыше 80% - на долю цемента, кирпича, извести и стали [3]. Бетон является наиболее часто используемым строительным материалом, и спрос на него будет возрастать по мере увеличения спроса на развитие инфраструктуры. К сожалению, производство обычного портландцемента (ОПЦ) истощает значительные количества природных ресурсов, так как является энергоемким для производства строительным материалом, третье по затратам после, производства стали и алюминия [4]. Производство одной тонны ОПЦ выбрасывает около одной тонны двуокиси углерода в атмосферу. Во всем мире на цементную промышленность приходится около 7 % (и растет) от общего объема углекислого газа в мире [4]. Несмотря

на

универсальность

свойств

портландцемента

как

общестроительного вяжущего, систематически выполнялись и выполняются исследования по созданию цементов, альтернативных портландцементу. Следует отметить, что побудительными мотивами в поиске альтернативы портландскому

цементу,

как

общестроительному

вяжущему

веществу,

являются в большей степени экономические и экологические факторы, а не его технические характеристики. Между тем, по мнению довольно большого числа исследователей, такой альтернативой в перспективе могут стать вяжущие вещества щелочной активации, более известные в западной научно-технической литературе, как геополимеры [5,6].

Пьюрдон положил начало работам в области вяжущих щелочной активации в своем исследовании по влиянию растворов гидроксида натрия на техногенные

алюмосиликатные

материалы

различного

состава

морфологии [7]. Развитие этого направления в бывшем СССР было связано прежде всего с работами В.В. Глуховского, интенсивно проводимыми в 1960е гг. Его усилиями были осуществлены серьезные попытки внедрения шлакощелочных вяжущих материалов в промышленность. Близкими по направлению исследованиями несколько позже стал заниматься Давидовиц во Франции; он существенно развил представления в этой области – расширил число потенциальных практических применений, подвел научную основу, обобщающую различные виды вяжущих щелочной активации под единым термином – геополимеры [5]. Исследователи

используют

различные

исходные

материалы

для

разработки геополимерного вяжущего. К ним относятся природные материалы, такие как каолинит, альбит, полевой шпат и десмин; рассматриваются такие минералы, как метакаолин; а также отходы производства, такие как зола-уноса, доменные

шлаки,

рисовая

шелуха.

Поиск

соответствующей

замены

традиционного бетона – это желаемое решение для устранения экологической проблемы, связанной с производством цемента. Использование золы-уноса в качестве

частичной

замены

портландцемента

является

методом

для

поддержания свойств бетона и уменьшения потребности в цементе. Понятие золы уноса используется для описания любого мелко зернистого материала образующихся из отходящих газов промышленных печей при сжигании твердого топлива. Зола уноса образуется в больших количествах при сжигании угля на теплоэлектростанциях и является исходным материалом благодаря содержанию кремния и алюминия, которые являются основной частью

геополимеров.

Зола-уноса

первоначально

использовалась

портландцементе не только для увеличения реологических свойств и как пуццолановой составляющей, но также для замедления реакции между щелочью и заполнителем из-за быстрой реакции с щелочью, присутствующей в 87

цементе [5,283]. Первоначально изобретение щелочной активации для вяжущего вещества на основе доменных шлаков и золы-уноса производил Джим Соейр. В дальнейшем Соейр после открытия кальци-основанного геополимерного цемента совместно с Джозефом Давидовицом, ввели в обиход понятие гидравлического цемента на основе золы-уноса класса C, с добавкой щелочного металла и лимонной кислоты [8]. Их последователями были Джайнг и Рой, которые изобрели новый цемент на основе золы уноса [9]. Если говорить об истории становления золы-уноса в геополимерных системах, то нельзя не сказать о синтезе цеолита с угольной золой, который впервые был представлен исследователями Хеллером и Уиршингом в 1985 году [10]. Они обратили внимание на композиционное сходство летучей золы с вулканическим материалом, исходного продукта природных цеолитов. Эти исследования представляли целый ряд гидротермических процессов, и вследствие было предложено синтезировать различные цеолиты. Растворы NaOH или КОН при атмосферном давлении и давлении водяного пара, смешивались и выдерживались от 3 до 48 часов при температуре от 80 °С до 200 °С для синтеза 15 различных цеолитов получаемых из исследуемой золыуноса [11]. Использование летучей золы в качестве исходного продукта для синтеза цеолитов – это был маленький шаг к созданию геополимеров на основе золы-уноса. Содержание в летучей золе соотношение Si:Al имеет подходящее для синтеза первоосновы геополимерной структуры – поли(сиалата), с соотношением Si:Al = 1 и поли(сиалат-дисилоксо), Si:Al = 2. Правильное смешивание

золы

добавление

некоторого

количества

недорогих

промышленных минералов в дальнейшем дало необходимую смесь для последующего синтеза геополимеров [12]. В последние годы использование золы-уноса в геополимерном бетоне рассматривается в качестве перспективного направления; многочисленные исследователи рассматривают её как основной источник кремнезема и глинозема. Ежегодное производство золы-уноса, вырабатываемой ТЭС и требующей утилизации, в 2010 году составит порядка 800 млн. т (это всего в 2,5 88

раза меньше, чем сегодня в мире вырабатывается цемента). По данным, приведенным в работе [13], в РФ утилизируется не более 10 % производимой золы-уноса; в Западной Европе и США этот показатель в 3–4 раза выше, но и его нельзя считать удовлетворительным. В ведущих промышленно развитых странах за счёт торговли квотами на выбросы, сокращение выбросов CO2 при производстве цемента является приоритетным направлением. В новых промышленно развитых странах, например, таких как Индия и Китай не разработаны пока никакие адекватные пути утилизации промышленных отходов, поэтому здесь идёт поиск путей утилизации в связи с интенсивным накоплением золы и шлака. С использованием

вяжущего

на

основе

геополимеров

связана

надежда

предотвращения массового захоронения золы и шлака с соответствующей защитой сырьевых ресурсов, а также значительное уменьшение количества выбросов парниковых газов по сравнению с производством вяжущих на цементной основе. Геополимербетон

является

экологически

чистым

строительным

материалом для устойчивого развития, использования золы-уноса и щелочи вместо портландцемента в качестве связующего. В технологии производства используется зола-уноса, и ее активирования с высокощелочным раствором для производства

геополимерного

“клея”,

который

связывает

неактивные

компоненты (крупный и мелкий заполнитель). Рассчитанные выбросы углекислого газа при производстве одной тонны геополимерного цемента 0,184 тонн, около 80 % ниже, чем производство цемента. Стоимость геополимерного бетона на основе золы-уноса также может быть на 10–30 % дешевле по сравнению с обычным вяжущим [14]. Производство геополимерного состава, проходит при низких температурах, поэтому требует на 90 % меньше энергии, чем затрачивается на производство портландцемента. В геополимерных системах основные или вторичные твердые материалы активизируются щелочными жидкостями. Традиционно для этой цели 89

используют силикат натрия/калия и гидроксид натрия/калия. Оба химических вещества происходят из ресурсоемких и энергоемких процессов. Это объясняет сильное влияние активаторов на экономический и экологический

профиль

геополимерных

бетонов,

даже

умеренных

количествах. В оптимизационном плане рецептуры геополимерных бетонов являются единственным шагом который может привести к снижению производительности и сокращению доли активатора. При создании геполимерной смеси, его основа перемалывается с пеплом и золой. Этот процесс возбуждает химическую реакцию с алюмосиликатами, находящимися в золе, в результате которой появляется вяжущий агент, который можно использовать в производстве бетона, блоков и др. материалов. Прочность геополимера может достигать 100 МПа [15]. Проведенные исследования показали, что все основные геополимерные бетонные смеси на основе золы имеют очень хорошую морозостойкость. Выветривание всех геополимерных бетонов было значительно ниже граничного предела, а именно - 1500 г/м3 после 28 циклов замораживания-оттаивания. В будущем использование геополимеров имеет перспективный характер. Зола-уноса как один из более доступных материалов для производства геополимерного бетона может использоваться при строительстве различных сооружений. Так уже даже сейчас в Австралии в 2013 году построен при университете Квинсленда НИИ Институт Глобальных Изменений (GCI), который является первым зданием в мире где успешно был использованы геополимербетон (рисунок 2,3) в строительных целях [16].

Рисунок 2 – Первое здание из геополимербетона на основе золы-уноса, Университет Квинсленда, Австралия

Рисунок 3 – Один из 33 сборных панелей для полов на основе геополимера из золы-уноса и шлака Институт Глобальных Изменений Квинсленда GCI представляет собой здание с 4 этажами, полы которых изготовлены из конструкционного геополимерного бетона. Четырех этажное здание, для общего пользования, включает в себя 3 пола из геополимербетона, состоящего из 33 сборных панелей. Плиты состоят из геополимерной основы в виде шлака и летучей золы. В результате изучения проблематики использования геополимеров на основе золы-уноса был получен материал, анализ которого позволил заключить, что геополимеры представляют собой технологически интересную группу материалов, которые уже используются в различных областях.

Представленные

результаты

исследований

показывают

технические

возможности этой группы материалов в различных областях применения, например, в бетонах. При этом по сравнению с цементно-связанными системами бетона, выполняются как технические так и экономические условия (если даже не превышаются), а негативное воздействие на окружающую среду может быть уменьшено [17]. Потенциальные экологические преимущества возникают в первую очередь за счет использования вторичного сырья, такого как доменные шлаки или зола уноса. В связи с ограниченной доступностью вторичного сырья, широкое внедрение в развитых индустриальных странах, однако, вызывает сомнения. Здесь, например, относительно повторного применения доменного шлака и золы уноса каменного угля, уже имеются свои пути, особенно в строительном секторе. В экономически быстрорастущих странах, к примеру, таких как Китай или Индия, для большой массы шлака и золы уже занимаются поиском вариантов их использования. Вышеизложенное подчеркивает

необходимость

обстоятельного

рассмотрения

вопроса

об

повсеместном внедрении геополимерных систем в современное строительство с целью предотвращения все более развивающейся экологической угрозы планеты от строительной индустрии.

1. 2.

4. 5. 6.

Список использованной литературы BDC (2003) “White Paper on Sustainability: A Report on the Green Building Movement”, Building Design and Construction, May (www.bdcmag.com/). James Hansen, Makiko Sato, Pushker Kharecha, David Beerling, Robert Berner, Valerie Masson-Delmotte, Mark Pagani, Maureen Raymo, Dana L. Royer, James C. Zachos, "Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?", Open Atmospheric Science Journal, Volume 2, 217-231 (2008) Кройчук Л.А. Цементы с пониженным содержанием клинкера в мировой цементной промышленности / Строительные материалы №9, 2006, с. 4547. ACI Committee 232 2004, Use of Fly Ash in Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan. Davidovitz J. Geopolymer. Chemistry and applications. Saint- Quentin: Institute Geopolymer, 2008. – 592 pp. Sialite technology – sustainable alternative to Portland cement// H. Sun, R. Jain, K. Nguyen, J. Zuckerman/ Clean Techn. Environ. Policy. DOI

10.1007/s10098–009–0258–8. Published online 29 Sept 2009 (www.springerlink.com) 7. Purdon A.O. The action of alkalis on blast furnace slag // J. Soc. Chem. Ind. 1940. V. 59. P. 191-202. 8. Gravitt B.B., Heitzmann R.E. and Sawyer J.L., (1991), US Patent 4,997,484. 9. Jiang W., Roy D.M., (1992), Hydrothermal processing of new fly ash cement Ceram. Bull, 71 (4), pp. 642-647. 10.Holler H. and Wirsching U., (1985), Zeolites formation from fly ash, Fortschr. Miner., 63, 21-43. 11.Moreno N., Querol X., Ауога C.. Fernandez Pereira C. and JanssenJurkovicova М., (2001), Utilization of Zeolites Synthesized from Coal Fly Ash for Purification of Acid Mine Waters, Environ. Sci. Technol.. 35, 35263564. 12.Nugteren H., Davidovits J., Antenucci D., Fernаndez Pereira C. and Querol X., (2005), Geopolymerization of fly ash, WOCA 2005 Proceedings, World of Coal Ash Conference.. 13.Энтин З.Б., Стржалковская Н. Еще раз о золах-уносе ТЭС для производства цемента // Цемент и его применение. 2009. Вып. 2. С. 106111. 14.Hardjito, D & Rangan, BV 2005a, Development and Properties of LowCalcium Fly ash-Based Geopolymer Concrete Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth, Australia. 15.Khale D., Chaudhary R. Mechanism of geopolymerization and factors influencing its development // J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 729-746. 16.Geopolymer Institute: World’s first public building with structural Geopolymer Concrete, Retrieved October 18, 2013, from http://www.geopolymer.org/news/ worlds-first-public-building-withstructural-geopolymer-concrete 17.Weil, M., Dombrowski, K., Buchwald, A. (2010): How to assess the environmental sustainability of geopolymers for building products? A live cycle perspective. 12th International Conference on Modern Materials and Technologies – CIMTEC – Montecatini, 06/2010.

Разработка математической модели адаптивного образовательного модуля в системе энергоменеджмента на основе объектноориентированного подхода Молозина Н.А., студент 4 курса, ФБГОУ ВПО «КнаГТУ» Сотник М.И., студент 4 курса, ФБГОУ ВПО «КнаГТУ» Горькавый М.А., кандидат технических наук, ФБГОУ ВПО «КнаГТУ» Введение В системе профессионального обучения специалистов часто возникает проблема предоставления такого объема знаний, которого было бы необходимо для формирования компетентности конкретного сотрудника. Обучение группы сотрудников по одному учебному плану не всегда является эффективным в связи с тем, что каждый сотрудник обладает некоторыми индивидуальными знаниями, умениями и навыками, и в некоторых случаях, наблюдается разительные отличия знаний, умений и навыков сотрудников. Это может быть связано с такими факторами, как: образование, должность сотрудника, его обязанности, опыт, квалификация и другие. Основная часть В качестве варианта решения данной проблемы предлагается разработать экспертный модуль, основанной на модели компетенций [2, c.128-129]. Целью этого модуля является обеспечение эффективности обучения сотрудника за счет организации индивидуального подхода, определенного на основе его профессиональной деятельности. Под моделью компетенций понимается набор знаний, умений и навыков сотрудника в его профессиональной деятельности. Алгоритм работы экспертного модуля предлагается реализовать в виде последовательности основных операций на рис. 1. Определение персонала

Выделение атрибутов персонала

Оценка персонала по модели компетенций

Классифицировани е персонала

Создание классовых моделей компетенций

Обучение персонала

Адаптация образовательного модуля

Рисунок 1 Алгоритм работы экспертного модуля

Основное предназначение модели компетенций состоит в том, чтобы по входным данным, поступающим в экспертную систему, определить класс сотрудника, провести настройку адаптивного образовательного модуля, чтобы в дальнейшем преподавателю обучить сотрудников, принадлежащих тому или иному классу каждый из классов. Определив класс, система подстраивает модель компетенции, которая заранее сформирована для каждого из классов сотрудников. Изменениям могут подвергаться именно те компетенции, которые необходимы для осуществления профессиональной деятельности тому или иному сотруднику. На

первом

этапе

создания

адаптивного

образовательного

модуля

целесообразно выделить полный массив сотрудников, которые могут быть привлечены

обучению

энергоэффективность

по

(энергоаудит)»

программе (которая

«Энергосбережение будет

рассматриваться

и в

качестве наглядного примера). Рассмотрим деление персонала на примере организационной структуры типовой организации (рис.1). Из рисунка видно, что весь персонал организации можно разделить на две категории – это рабочий персонал (младший обслуживающий персонал) и персонал, осуществляющий организацию деятельности людей (назовем его служащий

персонал).

служащий

персонал

подразделяется

на

руководителей и административно-хозяйственный персонал. А рабочий персонал, в свою очередь делится на основной (сотрудники, выполняющие основные производственные функции и занятые в технических процессах) и вспомогательный персонал (обслуживающий персонал).

Персонал организации

Младший обслуживающий персонал (рабочие)

Персонал, осуществляющий организацию людей (служащие)

Административно-хозяйственный персонал

Руководители

Руководитель организации

Основной персонал

Вспомогательный персонал

Сотрудники, непосредственно выполняющие производственные функции; занятые в технических процессах

Техники, обслуживающий персонал, сотрудники, обслуживающие технику

Руководитель подрзделения

Рисунок 2 Типовая организационная структура На втором этапе необходимо определиться с атрибутами для каждой категории персонала. Атрибуты в данном случае будут определяться с помощью

объектно-ориентированного

подхода,

который

основан

на

применении объектной модели [1, c.35-117]. В качестве примера атрибутами для каждой группы персонала могут являться: функции, должностные обязанности, характеристики работ и т.д. На основе этих атрибутов в дальнейшем будет строиться классификация этих сотрудников, которая в итоге приведет к построению модели компетенций. К примеру, для руководителей общими функциями будут являться следующие: организация взаимодействия всех структурных подразделений, цехов и производственных единиц; контроль над соблюдением законности в деятельности всех служб; защита имущественных интересов организации в суде и органах государственной власти и управления и др. Таким образом, набор

функций

для

руководителей

будет

отличаться

от

функций

вспомогательного персонала (например, обслуживание техники) и функций административно-хозяйственного персонала (например, составление сметы) и 96

так далее. Проделав такую работу со всеми группами сотрудников, в итоге получим атрибуты свойственные каждой группе сотрудников. На этапе классифицирования, непосредственно проведя анализ атрибутов, весь персонал можно разделить на три класса: 1. Производственно-технологический; 2. Организационно-управленческий; 3. Сервисно-эксплуатационный. Из этого списка следует, что под первый класс будут попадать рабочие, а именно

основной

персонал;

под

второй

класс

–

административно-

хозяйственный персонал и руководители всех уровней управления; под третий класс – вспомогательный персонал. Наглядно это представлено на рис. 3.

Рисунок 3 Классификация персонала По

представленным

классам

будет

принципиально

различаться

образовательный материал, преподаваемый сотрудникам. Для того чтобы отнести сотрудника к тому или иному классу необходимо разработать математическую модель, которая автоматически бы определяла по атрибутам принадлежность сотрудника к классу. Для этого требуется создать систему, которая на основе внесенных в нее тестов, с помощью диалогового окна оповестила бы эксперта, что человек принадлежит тому или иному классу. Необходимо отметить, что тесты при этом будут разработаны на основании проведенных исследований совместно с консультацией психолога. Все это требуется для того, чтобы человека не пугала прямолинейность ответов, ведь 97

стремление сотрудника показать стопроцентный результат в большинстве случаев обосновано его боязнью, а не его реальными знаниями или опытом. Поэтому грамотно составленные вопросы – залог истинного оценивания сотрудника, что в дальнейшем влечет за собой донесение до него «правильного» материала, необходимого именно ему. По

результатам

проведенного

тестирования,

данные

необходимо

обработать, например, с помощью математической модели в программе Matlab (а именно в пакете Fuzzy logic) с применением нечеткой логики. Данный способ обработки информации выбран в связи с тем, что этот пакет позволяет довольно быстро моделировать ситуации, изменять настройки и наглядно представлять полученные результаты в виде графиков и моделей. После того, как определен класс сотрудника, необходимо выяснить что именно он должен знать и уметь. Для этого следует перейти к четвертому этапу –

создание

моделей

компетенций

для

каждого

класса.

Модель

компетенциипредставляет собой иерархическую структуру, на верхнем уровне которой находится класс компетенций, далее сами компетенции, а под ними индикаторы поведения. В общем виде модель представлена на рис. 4.

Класс компетенций

Тесно связанные компетенции

КК

К1

К2

К3

Поведенческие индикаторы

Рисунок 4 Типовая модель компетенций

На пятом этапе необходимо по моделям компетенций для каждого класса адаптировать

образовательный

модуль,

то

есть

провести

анализ

образовательного материала (в нашем случае материал по энергоаудиту). Это требуется для того, чтобы каждый из сотрудников, относящийся к своему классу, получил тот набор знаний, умений, навыков которые необходимы именно его направленности. К примеру, для первого класса целесообразно сделать уклон в технические моменты, нежели организационные, которые присущи второму классу. После проведения анализа следует что применительно к данной ситуации в модель компетенций необходимо ввести еще один промежуточный блок, который будет содержать информацию о «глубине» знаний для формирования каждой компетенции, то есть качественное определение объема знаний.

Готовность к разработке проекта привлечения финансовых средств для реализации энергосберегающих мероприятий, а также контроля за выполнением инвестиционного плана

…

Готовность использовать информационные технологии с целью привлечения финансовых инвестиций

…

Разработка и составление бизнес-плана Мониторинг процедуры энергоаудита Работа с ПО

Тест «Базовые положения инвестиционного проектирования»

Самостоятельная работа «Проведение анализа и расчета чувствительности проекта»

Рисунок 5 Пример расширенной модели компетенций

На рисунке 5 представлен фрагмент пример модели компетенций для производственно-технологического класса. В основе класса компетенций лежит инвестиционное проектирование, знание которого будет достигнуто путем наличия компетенции «Готовность использовать информационные технологии с целью привлечения финансовых инвестиций ». Соответственно для этого, сотруднику необходимо знать и уметь разрабатывать, составлять бизнес-план; уметь проводить мониторинг процедуры энергоаудита и уметь работать с необходимым ПО. А для того, чтобы оценить перечисленные выше знания и умения, он должен пройти тест и выполнить самостоятельную работу. Соответственно из этого вытекают последние два этапа – это обучение и оценивание

персонала

по

модели

компетенций.

Оцениваться

будут

поведенческие индикаторы, которые представлены тестом и самостоятельной работой на вышеизложенном примере. Заключение Применение

рассмотренной

математической

модели

адаптивного

образовательного модуля в системе энергоменеджмента на основе объектноориентированного

подхода

позволит

профессиональную

переподготовку

организациям,

сотрудников,

проводящим

использовать

более

эффективную систему обучения и оценивания знаний сотрудников. А организации, чьи сотрудники подвергаются обучению, смогут судить о компетентности

персонала.

Дальнейшее

исследование

математической

модели позволит создать новые модули, что позволит объединить их в комплекс

для

решения

задач

повышения

энергоэффективности

на

предприятии. Список использованной литературы 1. Г. Буч "Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++", второе издание. - Rational Санта-Клара, Калифорния, 2000. C.35-117 2. Горькавый, М.А., Соловьев В.А. Синтез нечеткой модели компетенций технического персонала промышленного предприятия // Информатика и системы управления. – 2010. – № 1 (23). С.128-129

100

УДК 519.179.2 Управляемость беспроводными сетями Ракова Гаухар Куандыковна, студентка группы ВТ-12-1 Карагандинского государственного технического университета Научный руководитель Даненова Гульмира Тулендиевна, к.т.н. доцент кафедры информационных технологий и безопасности Карагандинского государственного технического университета Управляемость

сети

подразумевает

возможность

централизованно

контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы,

возникающие

при

работе

сети,

выполнять

анализ

производительности и планировать развитие сети. В идеале средства управления

сетями

представляют

собой

систему,

осуществляющую

наблюдение, контроль и управление каждым элементом сети - от простейших до самых сложных устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а не как разрозненный набор отдельных устройств. Беспроводные персональные сети передачи информации – это технологии, призванные без проводов обеспечивать взаимодействие информационных устройств в радиусе от десятков сантиметров до 10 м. Простейший и знакомый каждому пример таких устройств – пульт дистанционного управления бытовой техникой, действующей в ИК-диапазоне. Несмотря на примитивность выполняемых функций, поддерживаемые этими устройствами протоколы обмена (их несколько, наиболее распространенный – RC-5) вполне отвечают простейшим требованиям сетевых протоколов. Можно вспомнить и ИК-порты в компьютерах и их периферии (протоколы IRDA). Однако связь в ИКдиапазоне обладает рядом непреодолимых недостатков, важнейший из которых – необходимость прямой видимости между приемником и передатчиком. Более совершенные технологии, активно развивающиеся с 90-х годов прошлого века, – это беспроводные радиосети. В области персональных

101

беспроводных сетей до недавнего времени было два основных конкурента – спецификации Bluetooth и HomeRF 2.0 [1]. Сегодня с изрядной уверенностью можно сказать, что массовое распространение

получил

именно

Bluetooth.

Несмотря

на

всю

свою

привлекательность и универсальность, технология Bluetooth как действительно сетевой стандарт используется сегодня редко. Наиболее распространенное его применение – замена соединительного провода между двумя устройствами (например, между гарнитурой и сотовым телефоном). Кроме того, что это все же еще очень новая технология, возможная причина кроется и в том, что Bluetooth слишком универсален. Поэтому в одних приложениях ему недостает скорости обмена (например, передача видеосигнала), в других требуются более простые и дешевые устройства. Чтобы разрешить эти противоречия и окончательно стандартизовать принципы организации персональных сетей передачи данных (СПД), рабочая группа IEEE 802.15, не удовольствовавшись стандартом IEEE 802.15.1, создала еще две исследовательские группы (Tg3 и Tg4). В результате в конце сентября 2003 года были опубликованы два новых стандарта: IEEE 802.15.3 "Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)" и IEEE 802.15.4 "Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for LowRate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)" – стандарты для высокоскоростной и низкоскоростной персональных беспроводных СПД, соответственно. Пикосеть в стандарте IEEE 802.15.3 – это так называемая ad hoc – система, в

которой

несколько

независимых

устройств

могут

непосредственно

взаимодействовать друг с другом. Размеры пикосети, как правило, не превышают 10 м. Основные требования к ней – высокая скорость передачи данных, простая инфраструктура, легкость установления соединения и вхождения в сеть, средства защиты данных и предоставление для определенных типов данных гарантированных параметров передачи (гарантия качества 102

обслуживания, QoS). Пикосеть может объединять несколько устройств, одно из которых выполняет функции управления (piconet coordinator – PNC). Стандарт также предусматривает возможность формирования так называемых дочерних пикосетей и описывает взаимодействие между независимыми соседними пикосетями. В пикосети возможен обмен как асинхронными, так и изохронными (потоковыми) данными. К последним относятся, например, звук и видео. Весь информационный обмен в пикосети основан на последовательности суперкадров. Каждый кадр включает управляющий сегмент (beacon), интервал конкурентного доступа (contention access period – CAP) и набор временных интервалов

(каналов),

определяет

границы

назначенных всех

интервалов

определенным и

устройствам.

распределяет

каналы

PCN между

устройствами. Во время САР доступ к каналу происходит на основе механизма контроля несущей с предотвращением коллизий – CSMA/CA (как и в стандарте IEEE 802.11 [2]). То есть, кто первый успел занять канал, тот и работает. В этот период передаются команды или асинхронные данные. Таким образом, мы видим, что для обеспечения управления сетью необходимо не только использовать программно-аппаратные средства её мониторинга, но и обеспечить взаимодействия с другими системами, используемыми в работе той или иной организации. Канальные интервалы (СТА) PCN назначает каждому устройству или группе устройств по запросу с их стороны. В управляющем сегменте для каждого из них задается момент начала и длительность. Назначение СТА для какого-либо устройства означает, что никакое другое устройство в этот момент не может работать на передачу. СТА могут динамически распределяться в супер кадре (для асинхронных и изохронных данных) или быть фиксированными (только для изохронных данных). Список использованной литературы 1. Мейтин М. Bluetooth: устройства всех стран, соединяйтесь! Без проводов. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2000, № 5. 2. Шахнович И. Беспроводные локальные сети. Анатомия стандартов IEEE 802.11. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2003, № 1.

103

Фотоэлектрические системы Симонович Денис Алексеевич студент 2 курса, кафедры электроэнергетики и электротехники ДВФУ, г. Владивосток В 21 веке становится все более актуальна проблема обеспечения электрической энергией постоянно растущих потребностей человечества, а также всех отраслей мирового хозяйства. Сегодня

главными

источниками

мировой

энергетики

являются

гидроэлектростанции и теплоэлектростанции. Тем не менее, перспективы развития данных источников энергии туманны, так как стоимость ресурсов для работы теплоэлектростанций неуклонно растет год за годом, к тому же их количество стремительно убывает. Большинство стран и вовсе не имеют данных ресурсов. Так же при работе ТЭС происходит колоссальный выброс вредных

веществ

атмосферу.

случае

возникновения

аварии

на

теплоэлектростанции причиняется огромный вред природе, а в худшем случае может произойти взрыв с образованием облака угольной пыли. Что касается гидроэнергетических ресурсов. В большинстве развитых стран

такой

вид

получения

электроэнергии

практически

полностью

задействован. Большинство речных участков уже заняты. Хотя в процессе работы гидроэлектростанции и не происходит выброс вредных веществ в атмосферу, тем не менее, природе наносится значительный ущерб. Рыбы к примеру, не могут преодолеть плотины ГЭС. В случае аварии на ГЭС образуется огромная волна, способная уничтожить не только стоящие далее гидроэлектростанции, но и затопить огромные площади земли, пригодной для сельскохозяйственных угодий, а так же города. Плюс ко всему подавляющее большинство плотин ГЭС расположено вблизи населенных пунктов. Все это заставило задуматься от других видах получения электроэнергии. К таким видам относится солнечная энергия. Ведь солнце обеспечивает человечество теплом и светом всю нашу историю, и к тому же выбрасывает в космос колоссальное количество энергии. 104

Солнечная энергетика использует солнечное излучение для получения энергии в каком-либо виде. Главным инструментом этой науки является солнечная батарея. Солнечная

батарея

состоит

из

солнечных

элементов,

которые

используются для зарядки свинцово кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В. Солнечные элементы собираются в модуль, который обрамляется алюминиевой рамкой для облегчения конструкции. Мощность модулей солнечной батареи может достигать 10-300Вт. Такие модули собирают в солнечную батарею, соединяя между собой с либо последовательно, либо параллельно, в зависимости от требуемой мощности и рабочего напряжения. Модули в батарее необходимо подбирать тщательно. Так как однотипные модули могут различаться характеристиками, то могут возникать потери мощности на согласование. Этим обусловлено то, что мощность солнечной батареи всегда ниже, чем сумма всех мощностей модулей. Если происходит затенение одного или нескольких модулей солнечной батареи при последовательном подключении, то возникает «эффект горячего пятна» - затененный модуль начинает рассеивать всю производимую освещенными модулями мощность, вследствие чего нагревается и выходит из строя. Для того, что бы устранить данный недостаток солнечной батареи параллельно с каждым модулем устанавливают шунтирующий диод. Так же блокирующий диод устанавливается в каждой линейке последовательно соединенных модулей, для выравнивания напряжений линеек. Одним из важных элементов солнечной батареи является преобразователь напряжения.

Он

необходим

для

согласования

солнечной

батареи

потребляемой нагрузкой. Такой преобразователь работает по принципу поиска максимума мощностей. Для этого аппарат периодически изменяет положения рабочей точки, и, если при этом мощность на выходе прибора возрастает, то положение рабочей точки будет меняться в данном направлении при последующем

шаге.

Так

оптимизируется

нагрузочная

характеристика 105

солнечной батареи для получения максимальной мощности, благодаря чему можно зарядить аккумулятор даже в условиях недостаточной освещенности солнечного модуля. Следует отметить, что преобразователи или регуляторы напряжения имеют КПД 85-95%.

Рис 1. Схема автономной солнечной электростанции Далее выработанную энергию необходимо сохранить в различных формах. Это может быть потенциальная энергия воды в резервуаре, тепловая энергия в тепловых аккумуляторах, кинетическая энергия вращающихся масс и т.д. Однако, для солнечных батарей чаще всего выбирают элктро-аккумуляторы, потому как солнечные батареи производят электроэнергию, потребитель в ней нуждается. Исключением может быть солнечная станция для нагрева воды, где потребитель нуждается в нагреваемой станцией воде. Зачастую в фотоэлектрических системах используют свинцово-кислотные аккумуляторы. Это обусловлено долговечностью и стойкостью к циклическому режиму работы таких аккумуляторов. Стоит отметить, что такие аккумуляторы довольно просты в обслуживании. Аккумуляторы соединяют последовательно для получения требуемого рабочего напряжения. Для того чтобы продлить срок службы аккумулятора необходимо предохранить его от избыточной разрядки путем отключения нагрузки, когда напряжение батареи опускается ниже напряжения отключения. Эту функцию выполняет регулятор зарядки и разрядки аккумулятора. Так же этот регулятор

106

оберегает батарею от излишней перезарядки, ограничивая зарядный ток при достижении напряжения завершения зарядки. Такой регулятор подходит для автономных солнечных электростанций мощности до 1кВт. В более мощных системах используется системный контроллер, который управляет также всей системой в целом. Солнечный

генератор

вырабатывает

лишь

постоянный

ток,

но

большинство потребителей нуждаются в переменном токе. Для преобразования постоянного тока в переменный используется полупроводниковый прибор инвертор. Ключевым параметром инвертора является КПД, который должен быть не менее 90%. Инвертор трансформирует постоянный ток аккумуляторной батареи. Поэтому входное напряжение может быть от 12 до 120В. Чем больше входное напряжение на инверторе, тем больше КПД. Наименьшие потери энергии при передачи ее от солнечного генератора к аккумуляторной батарее, регулятор зарядки, и инвертору достигаются при максимально возможном напряжении. Тем не менее, в таком случае усложняется конструкция солнечной электростанции и ее эксплуатация при опасных напряжениях (выше 40В). Большинство зарубежных фирм предлагают широкий ассортимент инверторов, которые были разработаны специально для солнечных батарей. В них уже включены регуляторы отбора максимальной мощности, блок регулятора заряда, а также дополнительный вход подключения дизельгенератора, позволяющий экстренно зарядить аккумуляторную батарею. Таким образом, основными достоинствами солнечной энергетики является общедоступность и неисчерпаемость источника, а также отсутствие вреда, наносимого природе в результате работы солнечных станций. К недостаткам, пожалуй, следует отнести невозможность работы в ночное время, и недостаточную эффективность в утреннее и вечернее время. Сюда же относится и дороговизна солнечных фотоэлементов. Однако очевидно, что с развитием технологии этот недостаток преодолеют.

107

Список используемой литературы 1. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции; ДМК Пресс 2011г. 144с. 2. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки; М. Энергоатом Издат 1991г. 3. Интернет ресурс: www.powerinfo.ru дата обращения 08.11.2013.

108

Применение газогенераторной установки для энергообеспечения посёлка Озёрный Братского Района. Тищенко Артемий Вячеславович студент, Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический Университет Тищенко Вячеслав Владимирович Научный руководитель, директор ООО «ТВэлектро», инженер-энергетик Богданович Денис Васильевич Научный руководитель, канд. физ. мат. наук, заместитель директора по научной работе, Физико-технический институт, Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический Университет На

территории

изолированных

от

Российской центральных

Федерации

существует

электросетей

множество

населенных

пунктов,

электроснабжение которых весьма затруднительно. Использование дизельных электростанций для решения данной проблемы экономически нецелесообразно. Возможным решением данной проблемы является переход на возобновляемые ресурсы. Примером

населенного

пункта

оторванного

от

центрального

энергоснабжения является посёлок Озёрный Братского района Иркутской области.

Данный

водохранилища

посёлок автономно

располагается

на

обеспечивается

полуострове электроэнергией

Братского от

4-х

устаревших дизельных электростанций общей мощностью 1350 кВт. Проблема заключается с одной стороны, в малом моторесурсе дизельных двигателей станций (ремонт ДВС сопоставим со стоимостью нового; новой станции хватает на 2 года) и затратах на эксплуатацию; с другой стороны в огромном потреблении дизельного топлива (до 560 т/год). Исходя из этого, решение проблемы видится в замене дизельной электростанции на более выгодные возобновляемые источники электроэнергии [4, 5]. Научным учреждением Иркутской области в сфере энергетики Институтом систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (ИСЭМ), для ряда

109

изолированных потребителей (семи поселков Братского района и пяти сел и деревень Усть-Кутский района) была разработана региональная программа “Энергообеспечение северных территорий Иркутской области на базе энергоисточников,

использующих

возобновляемые

природные

ресурсы

(Братский и Усть-Кутский районы)” [6]. Решение проблемы было найдено в использовании возобновляемых природных ресурсах: в Братском районе древесные отходы. При лесозаготовке в Братском районе более 30% вырубленной древесины остается на лесосеках в виде порубочных остатков. Технология получения горючего газа из древесного топлива (древесины и древесных отходов) сейчас разрабатывается специалистами Иркутского института систем энергетики имени Мелентьева СО РАН. Технология должна послужить основой для создания газогенераторных мини-ТЭЦ электрической мощностью 100-200 кВт. Посёлок Озерный находится на полуострове в Братском районе, имеющем лесные и водные ресурсы. Изначально был рассмотрен вариант использования водных ресурсов (инструментально просчитан на местности и в проектной модели), путем создания плотины на реке Тарей (в 30 км. от посёлка Озёрный) и установки миниГЭС. Теоретически, энергии, производимой на миниГЭС, могло бы хватить для обеспечения электроэнергией посёлка Озёрный и посёлка Наратай, который находится в 50 км от Озёрного. Однако, расчет объема предполагаемого водохранилища показывает, что его наполнение заняло бы несколько лет из-за слабого потока реки; потребовались бы большие затраты на возведение плотины для миниГЭС, подготовки её основания и большие средства на приобретения самих гидроагрегатов. Был рассмотрен вариант применения ветроэнергетической установки, который

также

ветроэнергетических

оказался установок

невыгодным.

Во-первых,

стоимость

превышает

стоимость

значительно

установленных дизельных станций, во-вторых, их мощность при ветре в 3,7 м/с (средняя годовая скорость ветра по Братскому району) крайне мала, т.е. потребуется увеличивать количество установок в разы. 110

В итоге, наиболее выгодным, альтернативным и перспективным вариантом получения электроэнергии в данном поселке является газогенераторная электростанция. В связи с ежегодным подорожанием стоимости дизельного топлива, себестоимость производства электроэнергии в изолированных посёлках, где электростанции работают на жидком топливе, чрезвычайно высока и постоянно растет. Энергетика в изолированных поселках фактически дотационная: большую часть расходов берёт на себя государство. Наиболее

результативным,

экономически

эффективным

обоснованным вариантом выхода из создавшейся ситуации, является использование местных относительно дешевых твердых топлив путем прямого сжигания с применением нетрадиционных технологий, а именно: газификация твердых топлив (отходов древесины), т.е. получать электричество для своих нужд, используя привычное и доступное бросовое сырье [1]. В рассматриваемых условиях посёлка Озёрный, сырьем, которое можно применять

для

двигателей

внутреннего

сгорания

перенастроенных

на

газогенераторный режим использования, являются: поражённый и сгоревший лес, кора, пни, обрезки веток, дрова, хлысты, тонкомер, некондиционные остатки древесины на лесосеках, опилки, щепа и т.д., т.е. отходы лесозаготовки (древесные отходы от деятельности лесодобывающих предприятий, а также много перестоявшего и некондиционного леса разных пород, который является возобновляемым источником). С внедрением предлагаемой технологии газификации древесины местные автономные дизельные электростанции можно сравнительно легко и при минимальным затратах перевести на работу на отходах древесины. Древесина

является

наиболее

легко

газифицируемым

твердым

топливом. Содержание золы в древесине составляет 0,2 - 2%, что зависит от породы древесины и условия произрастания. Температура плавления древесной золы

выше

температуры газификации,

что

предотвращает

образование

корковых сводов в камере газификации. Продукты переработки не содержат 111

сернистых соединений, что является благоприятным фактором для работы поршневого двигателя. Теплотворность рабочей массы древесины в среднем составляет 2700-3000 ккал/кг [2]. При замещении на дизельных электростанциях дизельного топлива на генераторный газ, выработанный из древесины, затраты на топливо снижаются не менее чем в 10 раз; срок окупаемости капиталовложений составляет от 1 до 3 лет. Через 3 года после перехода на газогенераторную станцию начнется экономия денежных средств, которые ежегодно тратятся на закуп и завоз дорогостоящего дизельного топлива в удаленные от линий электроснабжения населенные пункты. Для решения проблемы энергоснабжения рассматриваемого посёлка Озёрный, авторами статьи предлагается применить две газогенераторные станции УГК-300 с установками КЕА (рис. 1). Установка предназначена для получения горючего газа из твёрдого топлива для питания двигателей внутреннего сгорания промышленного назначения. В установке использован обращенный процесс газификации. Структурно газогенераторная станция состоит из следующих блоков: Газогенератор

используется

для

получения

силового

(синтез,

пиролизного, генераторного) газа, в котором реализована слоевая газификация с использованием обращенного процесса. Циклон-расширитель – объемом 3 - 5м3 предназначен для охлаждения и базовой очистки воды и крупных частиц углерода методом мгновенно изменяющегося объема.

112

Рисунок 1. Блочно-модульная схема газогенераторной установки Ресивер-охладитель – предназначен для сбора газа объемом 3 - 6м3, а также его охлаждения. Циклон – предназначен для очистки газа от частиц золы размером менее 5 мкм. Скруббер – предназначен для очистки газа от мелкодисперсных частиц, и растворение в воде химических примесей. Электрофильтр предназначен для очистки газогенераторного газа, а также других промышленных выбросов от загрязнений (твёрдые частицы, смолы и т.д.) и удаления влаги. Технические характеристики генератора для газификации и системы охлаждения / очистки УКГ-300: - производительность генератора биологического газа – 300 м3/час; - температура газа на выходе из генератора -150-250 °С; - температура газа на выходе из системы очистки и охлаждения - <20 °С; - расход биологического топлива - 50-70 кг/час; - циркуляция воды – 100 л/час; -

способ транспортировки золы влажным или сухим способом (сбор

шнеком и выгрузка); - устройства системы очистки и охлаждения газа - циклонный сепаратор + циклонный скруббер + скруббер Вентури + циклонный скруббер + фильтр

113

системы распыления воды (фильтрация золы и смолы, а также охлаждение) + воздуходувка Рутса + щелочной газо-водоотделитель; - при рабочей температуре 1200°C содержание смолы в кипящем слое газификатора составляет около 0.5%. Содержание смолы в газе до тонкой очистки составляет приблизительно 1 ~ 3 мг/м3. Для удаления смолы перед подачей в двигатель внутреннего сгорания газ конденсируется. Максимально допустимой нормой, заявляемой производителями двигателей внутреннего сгорания, является величина в 50 мг/м3; - очистка и охлаждение газа может осуществляться при замкнутой циркуляции воды, с применением таких средств очистки как водный скруббер и электрофильтр, что позволяет снизить степень загрязнения окружающей среды и требует только лишь обеспечения оборудования водоснабжением; - затраты электроэнергии на собственное нужды составляют 6-7 % от вырабатываемой. В генераторе для газификации, где топливом являются биологические отходы, а агентом – воздух, горение происходит при нормальном давлении. При

контроле

температуры

генераторе

одновременно

происходит

пиролитическая газификация топлива и термический крекинг газообразной смолы. После двух стадий высокоэффективной циклонной очистки от золы газ подвергается многоуровневой тонкой очистки и полному охлаждению, а затем подается в газовый резервуар, где создается повышенное давление. Из резервуара под постоянным давлением газ поступает в ДВС.

114

Таблица 1 Сравнительная стоимость 1-го кВт·часа энергии для различных топлив Вид топлива

Низшая теплота сгорания (Q) ккал/кг кДж/кг кВт*час/кг Дизельное 10000 41700 11,63 Щепа при 2700 11260 3,14 влажн. 35% Стоимость топлива, Стоимость 1-го кВт*час, руб руб/кг Теплового Электрического Дизельное 29,7 2,55 7,66 Щепа при 1,4 0,43 1,29 влажн. 35% Примечание. При расчётах использована продажная цена топлива без затрат на транспортировку и эксплуатацию котельных. Средняя себестоимость 1Гкал (1163 кВт·час) составляет: уголь – 1255,5 руб., мазут – 992 руб., торф – 859,5 руб., щепа – 493,5 руб., дрова – 582,5 руб. Коэффициент газогенераторах)

использования при

выработке

теплоты тепловой

генераторного энергии

–

газа

85%;

(в при

комбинированной выработке тепловой и электрической энергии – 90-95%. Был произведен укрупнённый расчет эффективности замены дизельных станций пос. Озерный на газогенераторные электростанции. Для подтверждения экономической целесообразности перевода ДЭС на древесину проведём сравнения затрат на производство энергии, используя справочные данные [3]: калорийность дизельного топлива (Qндт

= 11 000

ккал/кг); калорийность древесины (Qндр = 2700 ккал/кг). В посёлке Озёрный цена дров по состоянию на 2013 год составляет 400 руб./м3; что в переводе на тонну: для лиственницы составляет 596 руб./т; для осины составляет 800 руб./т; для берёзы составляет 624 руб./т; т.е. в среднем по перечисленным породам древесины: 673 руб./т В то же время стоимость древесины с транспортными расходами (Сд = 673 руб./т), а стоимость дизельного топлива с транспортными расходами Cдт = 38000 руб./т. 115

Низшая теплотворная способность 1 кг древесины меньше 1 кг дизельного топлива в 4.07 раза (Qндт / Qндр). Отношение стоимости ДТ к древесине: (Cдт / Сд) = 56,5. Калория, полученная из древесины, дешевле, чем калория, полученная из дизельного топлива, в 14 раз. Чтобы заменить 1 тыс. тонн дизельного топлива по цене 38 млн. руб., потребуется 4,07 тыс. тонн древесины по цене 2,739 млн. рублей, что дает экономическую выгоду в 35,261 млн. рублей. При замещении на дизельных электростанциях дизельного топлива на генераторный газ, выработанный из древесины, затраты на топливо снижаются не менее чем в 10 раз, и срок окупаемости капиталовложений составляет от 1 до 3 лет. В год дизельные станции посёлка Озёрный потребляют дизельного топлива

560

тонн

на

сумму

21,28

млн.

руб.

При

применении

газогенераторной установки затраты на топливо (отходы лесозаготовки – 2, 28 тыс. тонн) составят 1,534 млн. рублей. Таким образом затраты на стоимости топлива снизятся в 14 раз. В заключение следует отметить, что предлагаемые газогенераторные электрические установки включены в Программу субсидирования малого и среднего бизнеса согласно ФЗ № 141 “Об энергоэффективности”, и ФЗ № 261 от

2009

г.

“Об

энергосбережении

повышении

энергетической

эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”, что предполагает значительные финансовые выгоды для их применения.

1. 2. 3.

Список использованной литературы Авдей Р.И. Ресурсы растительной биомассы России // Энергосбережение и водоподготовка - 2009. - № 3 (59). - 95 с. Зорина Г.И. Современные тенденции развития технологии газификации твердого топлива. // Химия твердого топлива. - 1986.- №3.-с.82-93. Любов В. К. Совершенствование топливно-энергетического комплекса путем повышения эффективности сжигания топлив и вовлечения в

116

7. 8.

энергетический баланс отходов переработки биомассы и местного топлива : дис. … д-р. техн. наук. - Архангельск, 2004. - 453 c. Макарова Е. М. Пути повышения надежности и эффективности энергоснабжения малых городов и населенных пунктов при реализации региональных программ развития топливно-энергетического комплекса : дис. … канд. техн. наук. – М., 2002. - 302 c. Распоряжение Правительства Российской Федерации “Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года”. Региональная программа “Энергообеспечение северных территорий Иркутской области на базе энергоисточников, использующих возобновляемые природные ресурсы (Братский и Усть-Кутский районы)”. Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (ИСЭМ). Федеральный закон № 141 от 2009 года“Об энергоэффективности”. Федеральный закон № 261 от 2009 года “Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”.

117

Плазменная закалка стали 14Х17Н2 Хачатуров Алексей Александрович магистр кафедры физического материаловедения Донецкого Национального Технического Университета ВВЕДЕНИЕ Многие ответственные детали работают на истирание и одновременно подвергаются действию ударных нагрузок. Такие детали должны иметь высокую поверхностную твердость, что достигается применением способа поверхностного упрочнения деталей. В последнее время для поверхностной термической обработки деталей все более находят применение источники выосококонцентрированной энергии. При закалке относительно массивных деталей с использованием источников высококонцентрированной энергии, как правило, не требуются охлаждающие среды, так как локально нагретые слои очень быстро остывают в результате отвода теплоты в холодную массу детали. Плазменное упрочнение деталей подчиняется основным закономерностям термической обработки железо-углеродистых сплавов. Основным отличием его от традиционных методов термической и химико-термической обработки является наличие сверхинтенсивного ввода энергии в металл и столь же активного отвода от поверхности в холодную сердцевину, благодаря чему достигаются значительные скорости нагрева и охлаждения металла, при которых формируется структура высокой дисперсности с резким повышением твердости и износостойкости поверхностных слоев. Метод

отличает

высокая

производительность,

низкие

удельные

энергозатраты, высокий уровень автоматизации благодаря локализации зоны обработки позволяет значительно снизить деформацию деталей, вести обработку труднодоступных и сложнопрофильных поверхностей В работе описаны изменения микроструктуры и микротвердости стали 14Х17Н2 после плазменной закалки.

118

Обработку производили на установке “Мультиплаз 3500” при постоянном расходе плазмообразующей смеси. В качестве плазмообразующей смеси использовали (50% Н2О + 50% С2Н5ОН). Скорость перемещения горелки относительно обрабатываемой поверхности V=0,6-0,7 см/c. Диаметр выходного сопла соответствовал 5 мм. Образцы диаметром 70 мм и длиной 300 мм подвергали обработке в исходном состоянии, принудительного охлаждения не проводили. На установке “Pilius” вырезали пластины толщиной 15 мм, которые затем разрезали на сегменты. Микроструктуру исследовали стандартным металлографическим методом, травление шлифов осуществляли в травителе (HNO3+HF+H2O). Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,5 Н. На рис.1 приведена микроструктура зоны плазменной закалки, из которой видно, что в зоне термического влияния наблюдается полосчатый контраст, вызванный периодической вариацией дисперсности мартенситной структуры. Необходимо отметить, что наблюдаемые полосы не повторяют дугообразного контура зоны закалки, а приблизительно перпендикулярны поверхности образца. Последнее свидетельствует о том, что они возникают, вероятно, на стадии охлаждения, а не нагрева. Вероятной причиной появления подобных полос может быть наследование волокнистой структуры прокатки.

Рис. 1. Микроструктура зоны плазменной закалки стали 14Х17Н2

119

Следует отметить, что появления полосчастости в зоне закалки из твердого состояния характерно для разного класса сталей. Так же, данный эффект проявляется при лазерной обработке т.е. обусловлено кратковременностью нагрева и не связанно непосредственно с типом источника тепла. Микроструктура закаленного слоя при бóльшем увеличении приведена на рис.2. Как видно из рисунка, представляет собой дендритно мартенситную структуру.

Рис. 2. Структура поверхности стали 14Х17Н2 после плазменной закалки Распределение микротвердости закаленной стали 14Х17Н2 показано на рис.3. Максимальная микротвердость наблюдается у поверхности образца. В зоне термического влияния, состоящей из дендритно мартенситной структуры.

Рис. 3. Распределение микротвердости закаленной стали 14Х17Н2

120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Процесс плазменного нагрева стали 14Х17Н2 обеспечивает получение закаленных поверхностных слоев с мартенситной

дендритной структурой.

Варьирование параметров

плазменного термоупрочнения дает возможность

направленно

толщину,

изменять

микроструктуру

механические

характеристики упрочненного слоя стали 14Х17Н2. Список используемой литературы 1. Белинин Д.С. Особенности структурообразования при плазменной поверхностной закалке на большую глубину изделий из стали 14Х17Н2 / Д.С. Белинин Ю.Д. Щицын // Известия Самарского научного центра Российской академии наук – 2012 - № 14. 2. Ставрев Д.С. Влияние плазменно – дуговой обработки на структурные превращения и поверхностное упрочнение углеродистых и легированных сталей / Д.С. Ставрев, Л.М. Капуткина, С.К. Кирова, Ю.В. Шамонин, В.Г. Прошкина // Металловедение и термическая обработка металлов – 1996 № 9. – С. 16-19. 3. Плазменное поверхностное упрочнение / Лещинский Л.К., Самотугин С.С., Пирч И.И., Комар В.И., - Киев: Техника, 1990. - 109 с.

121

Наукове видання Технічні та математичні науки: актуальні проблеми і перспективи розвитку. Збірник матеріалів IІ Міжнародної науково - практичної конференції (м.Київ, Україна, 14 листопада 2013р.)

Підписано до друку Формат 60х84/16 Папір офсетний. Друк цифровий Зам. № Макет, комп’ю терна верстка – ТОВ «Яготинська друкарня » Віддруковано на ТОВ «Яготинська друкарня» 07700, м. Яготин Киї вської області, ву л. Незалежності, 118. Свідоцтво про внесення суб’ єкта видавничої справи до державного реєстру видавці в , виготівникі в і розповсюджувачі в видавничої продукції серія ДК№1726

122

123