автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Исследования в области нетрадиционной энергетики и атомного энергетического оборудования

РГП од

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСШ ИНСТИТУТ АТОМНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ (ВНИИАМ)

На правах рукописи

ЕСЬМАН Вячеслав Иосифович

УДК 699.841.002.5 523.72

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И АТОМНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

05.04.11 - Атомное реакторостроение, машины, агрегаты и технология материалов атомной промышленности 05.14.08 - Преобразование видов энергии и установки на их основе.

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Москва, 1995г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательско! и опытно-конструкторскоом институте атомного энергетического машиностроения (ВНИИАМ), в Энергетическом институте им. И.Г. Есьмана и в Физико-техническом секторе Института физики Акад мии наук Азербайджанской ССР

Официальные оппоненты: академик АН Республики Азербайджан.

доктор физико-математических наук, доктор технических наук, профессор Нирзаджанзаде А.Х. заслуженный деятель науки и техники доктор технических наук, профессор Варшавский И.Л.

доктор технических наук, профессор Острецов И.Н.

Ведущая организация: Энергетический институт им.Г.М.Кржижановского

Защита состоится ^^"рцуаг/Я 1995г. в ауд.416 в 10.30 на заседании специализированного Совета при Всероссийском науч! исследовательском и проектно-конструкторском институте атом го энергетического машиностроения, по адресу: 125171 Москва ул. КсСчонавта Волкова, д.ба, Ученый Совет ВНИИАМ.

Диссертация в форме научного доклада разослана " "_95г.

Ученый секретарь специали- / //)

зированного совета /¿Ж// Е.К.Безруков

канд.техн.наук

£

ВВЕДЕНИЕ

Диссертация в форме доклада представляет собой избранные страницы научной биографии автора, которому на протяжении всей своей сознательной жизни приходилось заниматься решением различных задач, связанных с широким кругом дисциплин: гидравликой и гидравлическими машинами, ветро и гелиоэнергетикой, плазматронами и плазмохимией, энергоаккумулирующими веществами и их использованием в атомной энергетике, расчетно-экспериментальным обоснованием сейсмостойкости энергетического оборудования АЭС и др. Однако, несмотря на кажущееся разнообразие проблем, все они, в конечном счете, могут быть объединены такой всеобъемлющей отраслью, как энергетика и энергетическое оборудование.

Исходя из этих соображений, а так же учитывая профиль Ученого совета, на суд которого данный доклад представляется, автор счел целесообразным включить в него три раздела:

1. Работы в области ветроэнергетики,

2. Работы в области гелиоэнергетики,

3. Работы по повышению надежности и эффективности энергетического оборудования АЭС.

Актуальность проблемы. К неисчерпаемым энергетическим ресурсам Солнца и ветра люди проявляли интерес еще в глубокой древности. Однако в эпоху пара и электричества гелио и ветроэнергетика оттеснились на задворки технического прогресса и развивались лишь благодаря усилиям одиночек энтузиастов. Только в наши дни, несмотря на наличие мощных энергосистем и успехи ядерной энергетик-ки, взоры исследователей вновь обратились к Солнцу. Этому способствуют такие факторы, как рост народонаселения и, соответственно, энергопотребления на нашей планете, истощение топливных запасов Земли и обострение экологических проблем, связанных с безоглядно-активной деятельностью человечества во всех сферах жизни.

Согласно предсказаниям компетентных футурологов, глобальная экологическая катастрофа может разразиться уже в ближайщие 10-15 лет. Собственно говоря, в ряде регионов'планеты экокриэис уже перерос в экокатастрофу. Только на территории бывшего СССР нас-читывется около 300 ареалоа экологического бедствия, что состав-

- 1а -

ляет свыше 16% его территории.

В этой связи исследования, посвященные изучению и рациональному использованию таких экологически чистых и практически неиссякаемых источников энергии, как Солнце и ветер, представляются весьма актуальными.

Не менее ваасна и актуальна проблема обеспечения сейсмостойкости энергетического оборудования АЭС, так как тяжелейшее по своим последствиям стихийное бедствие - землетрясение становиться еще более тяжким при разрушениях таких потенциально опасных объектов, как атомные станци, химические комбинаты и др., ибо при этом, наряду с материальным ущербом и опасностью для жизни обслуживающего персонала, возникает опасность для жизни людей и окружающей среды на значительных площадях вокруг пострадавшего объекта.

Цель работы. Разработать удобную для практических инженерных расчетов методику оценки энергетических ресурсов возобновляющихся источников энергии и дать рекомендации по рациональному использованию энергии Солнца и ветра в народном хозяйстве.

Разработать методику оценки сейсмостойкости встроенного инженерного оборудования атомных станций, применение которой обеспечит надежную и безопасную работу этого оборудования во время и после землетрясений.

Научная новизна.Предложены методики определения отдельных элементов ветроэнергетического и гелиоэнергетического кадастров.

- Изучены ветровой режим и режим поступления солнечной радиаци Азербайджана.

- Разработаны теоретические основы оптимизации режимы работы системы "ветродвигатель - поршневой насос".

- Разработана концепция использования энергии ветра для катодной защиты от коррозии морских нефтепромысловых сооружений.

- Внесены коррективы в методику теплового расчета гелиотеплиц с учетом потерь через боковые поверхности.

- Разработана концепция использования солнечной энергии для осуществления плазмохимических процессов.

- Разработана методика модельных испытаний на сейсмостойкость атомного энергетического оборудования.

- Впервые в отечественной практике проведены модельные и полномасштабные испытания на вибростендах различных типов теплообмен-юго, водоподготовительного, тягодутевого оборудования и армату->ы АЭС.

- Даны рекомендации по разработке расчетно-экспериментальной ютодики обоснования сейсмостойкости атомного энергетического борудования.

Практическая ценность работы. Разработан гелио и ветроэнерге-

ический кадастр, представляющий собой систему численных харак-

еристит (таблиц, графиков), удобных для практических инженерных

асчетов и испоьзуемый не только в Азербайджане, но и в других

егионах с аналогичным ветровым режимом и режимом поступления

олнечной радиации. Создана и прошла испытания в реальных услови-

х эксплуатации ветронасосная установка с автоматическим регули-

ованием режима работы и повышенной производительности. На неф-

яных промыслах Каспия прошла испытания и рекомендована к мас-

эвому внедрению ветроэлектрическая установка, обеспечивающая

/

ициту от коррозии свайныа основания, существенно удлиняя тем 1мым срок их службы. Рекомендации, сделанные в результате мечтания на сейсмостойкость различных типов теплообменного, водо->дготовительного, вентиляционного оборудования и арматуры АЭС )Зволили внести конструктивные изменения с целью обеспечения : сейсмостойкости

Личное участие автора в получении научных результатов.Лично тором разработан ветроэнергетический кадастр Азербайджана, ис-едовакы механические и гидравлические особенности бескривошип-х насосов барабанного типа, обоснованы концепции оптимизации жима работы ветронасосных установок и ветроэлектрических агре-тов для катодной защиты от коррозии морских непромысловых со-ужений, а так же концепция использования солнечной энергии для уществления плазмохимических процессов. Все остальные работы полнены под руководством и при участии автора его аспирантами сотрудниками возглавляемых им лабораторий. Апробация работы. Основные результаты работ докладывались и сулсдались на различных конференциях, симпозиумах, семинарах, /чно-технических совещаниях и ученых советах.

- г -

Большинство докладов, сделанных автором на этих конференциях и семинарах, опубликованы в виде тезисов в отдельных сборниках или в специализированных журналах. Все они указаны в прилагаемо к диссертации списке научных трудов автора, в которых опубликованы результаты его исследований.

Следует отметиь, что в 1975 году на Ученом совете Азербайджан ского института нефти и химии им.М.Азизбекова автором была защи щена докторская диссертация на тему: "Гелио и ветроэнергетическ: ресурсы Азербайджана и научные основы их рационального использования в народном хозяйстве республики". К сожалению, несмотря на положительные отзывы всех официальных и неофициальных оппоне! тов и ведущего предприятия (ЭНИН им. Г.М.Кржижановского) и на единогласное "за" всех членов Совета, ВАК СССР, претерпевший в те дни реорганизацию, после экпертизы и повторной защиты в Hhcti туте теплофизики АН УССР, диссертацию отклонил, ссылаясь на "неактуальность" темы.

I. РАБОТЫ В ОБЛАСТИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ

Главное и убедительное "за" в оценке энергетических ресурсов ветра - это их огромность и неисчерпаемость. Подсчитано, что эне угля, ежегодно сжигаемого во всем мире, в 3000 раз меньше той, кторую могут дать за то же время воздушные течения. Есть и други "за": I) подобное"сырье" не нуждается в транспортировке, 2) при его использовании сохраняется чистота атмосферы, 3) заменяя собо нефть, уголь, газ в энергетитке, ветер сохраняет быстро истощающиеся запасы ценного сырья для химической промышленности.

Но есть и негативные стороны ветроэнергетики: I) энергия ветра не постоянна, 2) она отличается низкой плотностью, 3) её трудно аккумулировать. Поэтому разговоры о том, что энергия ветра якобы даровая, ошибочы и, в известной мере, дискредитируют разумную идею.Тоько объективная оценка этих ресурсов, выявление себестоимости энергии для каждого конкретного случая может решить вопро об экономической целесообразности использования ветроустановок втой или иной области.

Для' суждения об эффективности использования энергии ветре-той или иноГ' зоне, для расчета ветродвигателей, оценки их производительности, определения потребной емкости аккумуляторов, прогноза режима выработки, рационального размещения установок и т.л. необходимы специальные характеристики, учитывающие природные микро-и макроструктуры ветра, пределы достоверности и репрезентативности исходных данных. Иными словами, необходима разработка элементов ветроэнергетического кадастра.

В начале 50-ых: годов в Баку проходила первая Всесоюзная конференция по проблемам использования энергии ветра, в которой приняли участие представители ЭНИН . им. Г.М.Кржижановского, ЦАГИ, ВИЭСХА, ученые республиканских академий науТо. Конференция признала необходимым разработку таких.. кадастров для различных регионов страны. Для республик Средней Азии и Казахтана раэоабо.тать такой кадхт? взялаЦгруппа профессора Г.А.Гриневича, для Азербайджана - автор данн®й работы . Отдельные этапы исследований обеих групп регулярно обсуждались на различных совещаниях и конференциях, в результат чего Сформировался единый подход к методике решения этой задачи.

Кратко об опыте разработки элементов ветроэнергетического кадас-ра на примере Азербайджана рассказывется в первом параграфе данного раздела

Ьо втором и третьем параграфах приведены данные о разработка испытании и внедрении двух ветровых установок, наибоее перспетив-ных для использования в народном хозяйстве республики, а именно: ветронасосной установки с регулируемым режимом работы, предназначенной для испоьэования при рассолонении земель ¡Сура-Араксинской низменности и ветроэлектрической установки для катодной защиты морских нефтепромысловых сооружени Каспия.

1.1. ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КАДАСТРА.

Чтобы оценить технико-экономическую эффективность использования энергии ветра, необходимо, прежде всего, с вероятностью близкой к достоверности определить ожидаемую выработку энергии ветро-установкой. Для этого недостаточно располагать такими статистическими характеристиками как среднегодовая и среднемесячная скорости. . ветра. Когдарежнм источника энергии переменный, необходи-

мо знать его динамические характеристики, получить которые можно лишь на основе анализа природного хода процесса и его стохастической изменчивости. Поскольку математическая теория процессов подобного типа разработана еще недостаточно, приходи*сй итти 'на некоторое упрощение задачи расчленением её на ряд элементарных задач1 поддающихся решению практически доступными средствами: а) генетический анализ всего процесса в пределах заданных масштабов времени и выявления гинетически подобных периодов, в течении которых действует определенный закономерный процесс, б) вывод уравнения осредненной тенденции закономерного развития процесса в пределах каждого периода и выявление возможных вариаций этой тенденции с той или иной степенью обеспеченности, в) исследование стохастических отклонений хронологического хода того или иного параметра процесса от осредненной закономерной тенденции.

Исходными данными для исследований явились результаты многолетних наблюдений за направлением и скоростью ветра по флюгеру Виль-да на опорной сети УГМС Азербайджана, а также результаты кратковременных анемометрических разведок, проводимых в наиболее эффективных с точки зрения использования энергии ветра районах.

Учитывая, что не все метеостанции можно считать репрезентативными с ветроэнергетической точки зрения пришлось отказаться от результатов наблюдений примерно одной третей всех станций, остановив свой выбор лишь на 50. Для возможности сравнения между собой показаний различных метеостанций значении многолетних среднегодовых скоростей ветра приводились к сравнимым условиям затененности и одинаковой высоте (16м) установки флюгера, для чего использовалась номограмма ( рис.1). Короткие ряды5аЙ1мометрических разведок привязывались к длинным рядам наблюдений на опорных метеостанциях путем установления соответствующих коррелятивных связей/р"4У

Конечная цель исследований сводилась к построению системы объективных численных характеристик, представленных в виде графиков и таблиц, удобных для инженерных расчетов, а именно: изодинамичес-кая карта, графики вариаций среднемесячных и среднесуточных.скоростей ветра,таблицы и кривые повторяемости рабочих скоростей ветра и длительности энергетических затиший и др.(рис.З-П).

< } 6 г а Ожидаема» скорость б?/про (

Рис.1. Номограмма для приведения исходных данных к

к сравнимым условиям затененноси и высоты устаювки флюгера.

I ..г

Г.

| • -

V . -Л 1

• " ! .

1 1

О • ! 1

г 1 1 1

! 4 ^ 1 "а " 1 "Г —II—Ж / —¡Г~1

Рис. 2. График для определения коэффициента корреляции,

для привязки коротких рядов наблюдении к длинным.

Услоь«| устанмпкм флюгера

Классификация по Гр>нелнч/

для флюгера рля встряя

рае« (пред- рав- 1пре: мния (горье нина ('горь

иесгносту фд**

Г( р у£ГО<|Ов.Л<>н »Л Г^СЦ|».1СТму««Ц с г II-' I'» 4 • Н с ?»« О • 1СЧ '?'»,»«

I"» ис;ь.;« мм » чгЧ'т.шсть—р«> • »

или с с I•• ¡1 г ».

Огьрмг.14 стенная честность, н-с 1*де-мня н nm.rpo.iKii у идсни на несколько кнлочсгри.

Фляге? чсгановдсн среди полей, деревья н слал далеко, флигер непосредственно не затенен.

Пс сслков л я пригородная лона, флюгер в4 е окру*аюи-их дереььев и построек.

Фл«ге? установлен среди садов и нос-троек отде-.ьные дерева солаит зигнение.

Флюгер установлен среди затеняющид его дере1ЬсВ и лсстроек.

Фл-огер установлен среди построек и деревьев, совершен..о его затеняю» шнх.

1 ) I П

III

IV

V

VI VII

VIII

А

Б

В Г

д

Е Ж

Таблица к рис.1 Номенклатура условий затененности.

в

р

Д

е

ж

3

в

а

Уравнене к рис.1: д

Лгк2т2-з-V = _»

го

где я*—коэффициент затененности; Л,/л—статические параметры коэффициента затенен нос ги;

Л—высота над уровнем згмлн;

характеристика шероховатости поверхности.

Уравнение к рис.2 - определение коэффициента корреляции.

Величину г определяли по формуле;

V Л г Д у

Г

лге -1л—отклонение величины скорости, замеренной метеостанции, от ее среднего значения рассматриваемый отрезок времени; Л у—отклонение величины скорости, замеренной каком-либо пункте, от ее среднего значен за тот же рассматризаемый отрезок времен Величину вероятной ошибки в определении ко?'

фнциента корреляции находили по формуле:

= ± 0,674 ^А у "

где ^о—вероятная ошибка, характеризующаяся тем, ч половина (50"ъ) всех случаев дает отклонен меньше ±£50; п—ичг.то члрнлв пяда.

"Л И IV Л\ ' " 1

1-А .Лг^ '71 ; * I „л

Л'ЛЧ'ЧУ Н

1 ЧЬО^-''/

¿и*

ил&Т:

'у > П» Шг '

"" 1 I 1 1

Рис.3 Изодинамическая карта Азербайджана

I 5 »

7

е

!

! гГлГТ

-ГУТ". ;.,г

Ш:

ТТТТГП'Т

"! Т"Т""| I Г"|

32

-и.

тихи:

* Б б >* /.*> ¿о гг -V ¿д ¿з и

С*. %

Рис.4. График зависимости коэффициента вариации среднегодовых скоростей ветра от средней за многолетие.

Рис.5. Тенденция изменений хода среднемесячных

скоростей ветра по различным метеостанциям.

1С рис.6. Таблица повторяемости рабочих скоростей ветра.

Повторяемость скоростей ветра по метеостанциям ЛзерЗайтжаиской ССР

.Метеостан- , пня ;

П0ВТ0рЯСМ"СП. СКОрЧОСИ ВС1)1, II "!, перел I „ч/сос

2

3

01 7

8 9

10

Лкстафа

Ллнг

Астэра

Баку

Бона

Гепкчай

Джул ьфа

Евлах

Ждаиоаск

Закаталы

3. О. Култук

Казимягомел

Карадоилы

Курягино

Кировабад

Конаяксил

Лепкорань-З

Лачин

Маю таги

Мир-Башмр

И. пристань

Пришиб

Путл

Пушкино

Са6мраба>

Сальяки

Сумгаит

Хызы

Шамхор Шахбуз

50.2 2.6 8.0 11,0

11.5 43,0

28.6 22.9 12,4

9,1 ¿4,2 29.8 25.0 7.8

17.3 10,7 23.7 5,1

4.4 34.7

11.3 1Т.5 19.9

71.4 7.1

7.5 19.7 33,2 13 5

4/, 28.0 24.2 ¡32.7

10.8 20.3

15.9

7.3 '36.2 5.9| 5.8

24.1 22.1 22.5 2.7 29 4 6.8 25,7 '31.«

17.2 21.0 5,9 !0.8

2.4 24.2 23.0

1 6 24.6 53.3

э.з гео

5.9 13.1

27.6 25.5 ».О 11.3

13.7 7.4

12.7 26.7 0.8 16,6 12,9 13.2

24.5 13.3 6.1 | 7,4

14.6 15,9 16.0 9.4

7,1 15 6 12.9 1- 8 18.6 23.1 12,7.2.5.2 У.2'15,9 8,7 28 9

7.7 ,10 2

4.3 3 .6 24.0 14 7 13 4 116

9.1 ; 5.3

8.4 24.4 4,0 17,1

7.б'2>,5 7.1 ¡10.8 7.1 ,528

11.8 20,4

8.8 22.0

6 8 I 5.9 0.) 1.4

2,4' 9.6 0.8 ».6 12.5] 5,4}

5.0 10.11 1.«) 10,0 11.51 7.4 114| 6,01 9.3

4,2 • 6.6 0.8 0.5111,6 0.6 7.2. 8.3 3.7 1.6, 0.1

14.7 11,1 ЦО.в! 116 8,316,3 2.9 10,8 1.0

4.1 . 5.51 1.1

9.2 10.0 ' 36 9.1 11,5 2.8 3.9 7.2 3.0 12 4

8.5 10.8 2.7 9,7 194 8.5 .... 5.Н 8.6' га; 9,Г>: 4.9! 7.5 2.7 16.31 11.7 33 6.1! 1.5

3 2 ¡13.21 1.8

6.6 11,6 5.2

4 4 16.0 11.7 4.7, 6.91 1.4 4,6 4.61 3.0

I 1.3 I 6-4! 0,8 ! Г.4\

0.7 4.0 0.4

6.7 10.4

0.2 0.3

2.8 0.9 0.0 5.3 46 0.6 0.2 2.0 1.3 0.5

7.8 2,8

5.8 2,2 1.4 6.6 2,7 2.1 0.3

6.4 44

4.2 1.1

3.5 3 1 3.1 5,7 ! 0.3 6,8, 7.2 4.0 | 0 5

3.3 1 4,6 2.5: 0.7

2.9 . 6 3

3,2 0.5 2.6, 1.8

1.0|0.6 3.63.3 0.6,0.2 4.0 6.7

0.0 0.6 0.0 0.3

0.6 1.4

0.1 7.6

1.8 1,1

1.20.4

И 12

<15

2.3 О.О'О.Д 0.3 0,0 :од ■5.5 0.0 4,0 5,6 0.0 2.3 0.2 0.0 0.1

2.7

0,00.8 0-0р.4

0.0 0.4 0.0 0.2 1.0 0.-2

0,0 0.0 10.0 ¡0.1

0.0 ,0.3 0.0 0.8 0,0 0.1 0.0 0.1 0.0 ¡0.4 0,2 0.0 0.0 0.4 ¡0.0 0.0 0.4 0.0 0.2,„.„ 4.5 0.0 3.0 0.0 1.0 0.0 0.2 0.0 2.0 'о.а 'о,4 о.о

0.0 0.1

2.1 ¡0,9 0.1 0.7

0,0 0.1 0.0 0,0 4.2 >0.0 0,0 0.1 0.0 0.0 0.1 0.0 0,0 0,3 о.о 0.1)13.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0'0.1 0,0 0.0,0.2»,о

1

4

Рис.6. Гистограммы и кривые повторяемости рабочих скоростей ветра по данным ряда метиостан-цнй

К Рис; 6Л-"Уравнения для определения статистических характеристик

1) средняя, соответствуют,™ эмпирическим гистограммам X'

_ V г,,..

у-

где г,—частное значение скорости петря; я,—число случаев, когда г- = г,;

2) относительный начальный момент второй степени

я, ^ \ о)

ЛГ, = ; '

1

3) коэффициент вариации

с„ = юо 4-(и).

и

где о—среднее квадратическое отклонение или стандарт .. I п, {.,-»)'

С* = \

I-

4) коэффициент асимметрии

С _ " ~~ м"

где Л1„— мода или то значение х"|, которое наблюдается наибольшее число раз; 5) эксцесс

М;

где /И,—центральный ыомент четвертой степени

¿."I

Л13—центральный момент второй степени

М^—Ъп^Ч-тУ;

¿."I

6) относительная высота центра тяжести распределения

где ——относительная частота; л

7) относительный начальный момент степени, минус единица

'-¿г*-!?)"

- 1г -

Огноснге.и.иыс стлтстическ блица к рис.6.

лрактеристмки по ггнтпс С Гачфслстспием члстг „„./Г

метеостанций

0.040 0.067

Рис.7. Номограмма к определению коэффициентов в

уравнении повторяемости рабочих скоростей ветра для различных зон.

К рис.8. Уравнение I для определения повторяемости рабочих скоростей ветра.

I

где

V \ и J

/—повторяемость петра в промилле, V—среднегодовая скорость ветра, Дг1— интервал скорости ветра, ' а, р, Л, п — параметры, которые находятся по статистическим характеристикам эмпирических распределения скоростей ветра.

По ранее полученным средним Д и уд производился в первом приближении с помощью номограммы |1) подбор численных значений п и р.

Численные значения параметров а и А определялись по формулам:

К рис. 8. Уравнения Поморцева и Гуллена.

Кривые Поморцева строится на основе следующего математического выражения:

dv

где

а = 11Д; в -

l'" Ü (и— р„)>

т0—среднегодовая скорость.

Кривые Гуллена определяются уравнением

tit — Xv ,

-- е sin зг,

Aiv

где Л —продолжительность года: *

а —---1

61 "га

I'm-медианное значение скорости ветра, т. е. такой скорости, для которой продолжительность всех

ветров от 0 до рапнл

- 13 -

К рис 6 8 Повторяемость п промилле применительно к режиму типа А

X I 2 3 4 5 6 7 8 !) 10 11 12 13 .4 15 >15

1.0 278 1.521 171 29 1 1

1.2 210 ЧеЗ 223 61 12 2

1.4 176 140 252 99 27 6

1.6 141 '399 261 128 ■18 II .3

1.8 ни 361 261 1.10 08 27 8 2

2.0 1"7 329 2ГО 103 86 37 15 5 1

'2.2 87 300 2)2 171 103 54 23 9 3 1

2.4 76 276 212 176 112 63 32 1.5 6 2

г.в 67 254 211 177 120 73 41 21 10 4 2 ,

2.9 61 235 224 176 126 п 49 27 1.3 7 3 1

3.0 .12 21!> 209 174 130 89 57 34 19 10 5 2 2

3.2 46 201 199 170 132 95 64 40 24 13 7 4 2 1

3.4 40 1У1 190 166 133 99 70 46 29 17 10 5 3

3.6 Зб 180 181 161 133 102 74 52 31 21 13 7 4 2 1

3.8 Э< |69 172 156 132 104 78 £6 38 25 16 10 6 3 2

<.0 29 160 164 152 130 101 82 60 43 29 19 12 7 4 2 1

4.2 25 151 1.57 147 128 106 84 64 47 33 22 15 9 6 3 2 1

4.4 22 Ж 150 142 126 106 86 67 50 36 26 17 11 7 5 3 2

4.6 18 137 144 137 123 1С6 87 69 51 40 29 20 14 9 6 4 3

•1.8 1« МО 134 132 121 105 88 71 56 43 31 23 16 И 7 5 5

5.0 [7 124 132 124 118 104 88 7.3 58 45 31 25 18 13 9 6 8 11

5.2 |3 119 127 124 115 10-3 89 74 60 48 37 28 20 15 10 7

5.4 1" 114 122 г.о 112 101 88 75 62 50 39 30 23 17 12 9 16

56 9 101 118 117 109 100 88 76 6.3 52 41 32 25 19 14 10 18

5 8 8 |0.1 114 113 107 98 88 76 64 53 43 34 27 20 15 11 24

0.0 7 101 ПО ЦП 1104 ОТ 87 76 65 Г 4 45 36 28 22 17 13 29

6,2 5 97 1Г6 106 102 Я5 86 76 66 55 46 38 30 24 19 14 35

6.4 4 РЗ 102 103 99 0.3 81 76 66 56 47 40 32 2". 20 16 42

6.6 3 р0 99 100 97 91 81 75 66 57 49 41 33 27 21 17 49

6.8 2 87 г6 97 95 89 83 75 66 58 50 42 35 29 23 18 55

7.» 2 84 93 91 93 88 82 74 66 .18 50 43 36 30 24 20 62

7.2 I 81 ПО 92 90 86 8И 74 Г 5 59 51 44 37 31 26 21 71

7.4 1 79 87 89 ея 85 79 73 66 59 52 45 38 32 27 22 78

7.6 I 7Н 81 87 86 82 78 72 66 59 52 41 39 33 23 23 87

7.8 1 74 82 85 8» 81 77 71 65 59 52 46 10 34 29 24 96

8.0 О 7\ «0 Я2 82 80 76 7« 19 52 46 4\ 31 30 25 №5

а 260 НО 120 гоо но но но но 100 ео ео <о го о

Рис.8. Графическое сопоставление различных кривых распределения с гистограммой фактического распределения рабочих скоростей ветра по данным одной из метеостанций зоны А.

\

1 \

I

к \ 1— ло ура4тмию(()

V \ — — — ПО ГуЛЛ9му

-4- V- 1

I \

1 V

1 1 1 \ \

■ / Л

/ N

' \

1 3 5 7 » 4 II и ч а м 91 11

Ii l ii }'i Iii"

Ul ¡Jjsntit» Ci/mku

Рис.9. Гистограммы энергетических затиший ветра по К рис. 9:

данным. ряда._метеостанции.

Вероятность энергетического затишья любой продол-' жительности можно определить интегрированием в интервале от 0 до —уравнения, характеризующего закономерность повторяемости рабочих скоростей ветра

г;тгп

Для Азербайджана характеристика обшей продолжительности простоев ветросиловых агрегатов определяется в промилле: для зоны А:

"min

= (4-)\-(тУ 4L:

■Данные о длительности латншяА летра ло иетеостагцняи Азербайджана (в %)

К РИС. 9:__

(ллнинн

Сутки

ч

<0.5

Аксгафа

Лстарл

Ляят

Паку

Ёнлах

Закаталы

^юд.остроо Култук

Клрадоили

•Ризу.™

Кировабад

Маштагн

Иута

Оабирабал

Оадьяни

Сумглщ

42.33

28,81

46.6

56.76

60,43

14.28

64.47

39,02

30.75

42.01

62,71

44.18

36.87

31.12

41,47

0.5

26,?6

31.0 36.3 30.49

22.71 9.38

30.72 29,58

20.33 30,15

30.34 41.03

21.01

33.35 36,5

; ! 1 ! 2 3 4 5 6 7 3 9 10 ю.>

16.08 Я,93 3.03 1,19 0.87 0.27 0.16 0,12 0,05

23.85 10.12 4.07 1.79 0.3 0.18 0.Р6 — — <— —-

13.15 3.5 0.35 0,03 — 0.03 — _ — -— ■—

10.84 1.69 0,14 _. — 0.08 — _ — 1 *— _

13.45 3.63 1.22 П.58 0.27 0.27 0.12 0.04 0.04 __ 0,04

10.20 13.06 9.38 3,68 4.9 2.45 6.22 2.01 3.26 , 3.65 17.5

4 04 0,66 0,11 _ — _ — _ — __

10.79 Ю.07 6,42 1,2! 1.52 1.05 0.13 0.06 0.06 — 0,06

17.89 15,46 7.56 3.22 1.52 1.26 о.яз 0.25 0.25 , 0.17 0.4/

17.23 5 85 7.66 1 ^ 2,16 0.57 0,11 0.11 — — 1 __ —

1Ш Й!З5 0.8 _ — — Ц _ _ , ,,

23,81 10.18 3,15 1.93 1,61 0.13 0.39 0,13 — 0.13

19.14 10.66 3.03 1.22 0,54 0.23 0.13 0,27 0,07 _

18.2 3.12 0,57 0.14

4 -

\

\\

¿¿и- ■'«и

1 2 3 4 5 б 7 1 9 Ю II 12

Рис.10. Закономерность распределения соотношения длительности периода затишья к предшествующему периоду с ветрами по данным различных станций.

'У ч '/Г7* 1! I >_91 4l.nl (*'Л', ?

"[ игТ 1 1111

Рис.II.

Кривые, показывающие сколько процентов штиливых периодов можно обеспечить при заданном соотношении длительности периода затишья к периоду с »ртп^»

, „ сделать

Анализ изодинамической карты позволяет вывод, что в целом по

Апшерону среднегодовая скорость ветра равна 7,7м/сек. Эта зона, ограниченная изодинамой 7,5м/сек, обладает самым интенсивным для Азербайджана ветровым режимом.Непосредственно к ней примыкают зоны, ограниченные изолиниями 6 ,5 и 4,0.

В отличие от среднегодовых среднемесячные скорости ветра колеблются в самых широких пределах. Общая тенденция хода среднемесячных скоростей ветра за редким исключением довольно устойчива, а величина годового минимума при переходе от станции к станции колеблется в весьма широких пределах: от 4% на станции Апшерон-маяк, 15% -в Прикаспийской, 25-30% - в Прикуринской зонах и 5861% - в Джульфе и Нахичевани.

Тенденция суточного хода ветра по всем зонам за редким исключением ( некоторые горные районы )так же отличаются стабильностью с преобладанием в течение всего года дневным максимумом.

Одной из основных энергетических характеристик ветра является повторяемость его рабочих скоростей. Для выявления районов с однотипными режимами повторяемости по данным всех метеостанций строились гистограммы повторяемости рабочих скоростей, по конфигурациям этих гистограмм производилась первая наметка группирования стаций с привязкой к ландшафтным зонам, затем вычислялись статистические характеристики распределения частот скоростей ветра разной интенсивности, оценивалась степень вариации каждой из величин и, наконец, для выравниваия эмперических распределений в пределах каждой из групп подбиралось уравнение кривой распределения, по которым составлялись удобные для практических расчетов таблицы. Для Азербайджана определены три зоны: А - Апиерон и узкая береговая полоса^доль Каспийского моря, Б - вся Прикуринская низменность, В - горные районы.

Анализ гистограмм энергетических затиий ветра показал, что по всем станциям чаще всего наблюдаются затишья продолжительностью 0,5 и менее суток, причем в зонах наиболее интенсивных ветров затишья такой продолжительности составляют до 90% от общего числа наблюдаемых затиший.

Существенное значение представляет правильный выбор расчетной скорости начала регулирования числа оборотов ветроколеса.С точки зрения оптимальных условий эксплуатации за энергетически целесооб-

разную расчетную скорость регулирования следует брать ту, которс не допускает больше 20-25% потери рабочего времени ветродвигател Нами предложен вывод уравнения для определениия расчетной скорое регулирования и дано номографическое его решение {рис.12-13).

Выработка энергии при при какой-либо рабочей скорости равна:

Э, = АП,- (

Найдем условие, при котором 5/ = Э^,'

откуда

<и. „ <»< , '<

Поскольку зависимость < = /(и) всегда имеется в виде кривой попторя-

и,

емости, то, подставив конкретные значения -тр и ^ в уравнение . нан-

дем -го значение с,, при котором Э, = Э„„. Эта скорость ч бчдет насчет-ной скоростью регулировя»"— .

Еще более простым и легким представляется графическое решение «методом треугольников» ,. Левая часть уравнения , представляет собой тангенс угла наклона касательной к криЕой ( = в точке с координатами <<; V/. Правая часть представляет утроенную величину тангенса угла наклона радиуса-вектора в той же точке. Следовательно на кривой. 1 = ДУ) надо найти такую точку А (рис./2), для которой выполнялось, бы условие

ВС-ф.

Применительно к применяемому нами выражению повторяемости это уровнение примет вид:

где

с-%.

Имеем

, . Vя Vя <Н . ут-1 -Ь ----у„ -1

ут+1 ул

V Ул )

Поскольку : .

л"

цт —А -—

то

¡11 I / ,

Подставив выражение в левую часть уравнения , получим

=-34 •

■следовательно,

Ьп =--т = 3

V"

или

Рис.13. Номограмма для определения скорости начала регулирования.

К рис.13. Пример пользования номограммой:

Пущ. V—1 */<!•«; л» 1,7)1; т-0.2 и b-II,Kl. Прнхлялишсм верхний kj>j> rptucni-ранта-'линеДкп * lupit.Huueju.imfl примпП нi сснсйстш п с пометкой 1.7о тм. чтсЛи прима* на семейства й с пометкой 0.5У ирчима через точку Шкали их транспаранта с пометкой 0,2. Огвгг V/V—0.5 дает пометка прямой м семейства V/V, проходящей через точку шкалы п транспаранта с пометкой 1,75. Далее находим

Это и будет величиной расчетной скорости регулирования.

Исходя из того, что скорость регулирования при конструировании петродвигателей не должна фигурировать в виде какого-то стандарта (например 8 м1сек), предлагается в качестве критерия для оценки степени использования энергии ветра принять отношение средней используемых ветродвигателем скоростей и среднегодовой скорости:

*„,!„ v, _о_.

X =

Ус Р. »СП Vcp. год

Vmln

т

ymi*

v.

о

Величина X учитывает изменение скоростей регулирования и характер ветрового режима местности, включая и величину среднегодовой схорости.

Таким образом, замечаем, что с точки зрения энергетической целесообразности для районов с различным ветровым режимом и характером потребления энергии одни и тот же тнп ветродвигатели должен иметь различную установленную мощность.

По-виднмому, в конструкциях современных ветродвигателей следует предусмотреть возможность изменения начала регулирования оборотов . ветроколеса в достаточно широком диапазоне скоростей ветра.

ЦП

' 30

. и го

Рис,14. Зависимость выработки энергии ветродвигателя

от скорости начала регулирования и типа повторяемости.

X

1.2. ВЕГР0НАС0СНАЯ УСТАНОВКА С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕШМА РАБОТУ.

Режим работы ветронасосной установки определяется наложением характерист насоса, представляющей собой прямую, проходящ™ под некоторым углом к оси цисс (без учета влияния трубопровода), на характеристику ветродвигателя, и жаемую семейством кривых, отвечающих различным скоростям ветра. Полное исп зование энергии ветра на всех скоростных ступенях будет обеспечено, если х рактеристика насоса пройдет через верашны-макскмумы кривых ветродвигателя ( 15),

Рис.15. Совмещенные рабочие характеристики быстроходного ветро-_ двигателя и различных поршневых насосов.

Такую установку нам удалось создать соединив серийный быстроходный ветре гатель Д—12 с бескривошп ным трехцилиндровым насосом НБВ-3, снабдив его ст альной, разработанной нами муфтой регулирования. Схема насоса показана на ] 16, схема муфты - на рис.П.

Бесступенчатое регулироваие режима работы такой установки обеспечивается счет особого профиля скосов муфты. Нами предложено уравнение такого профил;

Примем следующие обозначения:

Л?.— мощность ветродвигателя в л. с;

/V* — мощность насоса в л. с;

(/V. )е — мощность насоса при регулировании в л, с;

Мл —передаваемый двигателем момент вращения в кГм\

Ь 5 £.

Рис. 16. Схема бескривошипного насоса

Рис.17:"' Схема муфты регулирования.

Уж — действительная производительность насоса а л/сек-, <3? — производительность насоса при регулировании в л/сек-<2ш — количество жидкости, проходящее в единицу времени через перепускные окна (щели) в л/сек; И — развиваемый насосом напор в м\ п — число оборотов рабочего вала в минуту; — Ометаемая поверхность ветроколеса в м'-,

р — 0,125 —плотность воздуха при 1=15°С и прн ба-

рометрическом давлении В»=160 мм рт. ст.; 5 — коэффициент использования энергии ветра; I — число цилиндров насоса; /—площадб поперечного сечения поршня в мг; 5 — ход поршня в л;

1 — коэффициент полезного действия насоса; /ш — площадь живого сечения перепускного окна (щели); л».«, /—линейные размеры прямоугольной шелн; ■Цщ—скорость прохождения жидкости через щель в м/сек; (1 — коэффициент расхода щель;

х — аксиальное перемещение золотника; N — сила, нормальная к профилю скоса муфты регулирования;

Ст — тангенциальная составляющая силы /V; Съ — аксиальная составляющая силы Ы: О —вес золотника и муфты регулирования; <I — диаметр муфты регулирования;

при прохождении жидкости через

а. — постоянная пружины;

I — угол наклона между осью абсцисс и касательной к про. филю скоса в точке приложения силы /V;

V — скорость ветра в м\сек\

V,,,,,,—параметры, характеризующие верхний и нижний пределы регулирования.

Условия оптимального использования энергии ветра требуют, чтобы на любой скоростной ступени сохранялось равенство между мощностью дзигателя и мощностью насоса

Для выполнения этого услввия необходимо, чтобы производительность насоса автоматически менялась согласно уравнению-

С?Р = С„ У.

рЯгч

где Ср

2 Н

—постоянная величина.

В многоцилиндровых бескривошипных насосах регулирование может осуществляться путем последовательного ручного или автоматического включения на нагнетание или, наоборот, включение на перепуск либо отдельных цилиндров, либо путем непрерывного, без ступеней, постепенного перекрытия перепускных окон-щелей, расположенных в одной радиальной плоскости и соединяющих рабочие полости цилиндро! со всасывающей камерой насоса с помощью специального золотника, соединенного с вс&м ветродвигателя посредством муфты регулирования.

Момент вращения двигателя передается на муфту через ролики и рабочую поверхность скосов муфты. Для определения профиля этих скосов необходимо рассмотреть силы, действующие на муфту.

Давление ролика на рабочую поверхность определяется силой N, нормальной к поверхности.

Тангенциальная составляющая силы N определяется уравнением

С, = С. V.

где С« — ^ ■' — постоянная величина.

. d я лга1,

Сила С, уравновешивается тангенциальной составляющей реактивного момента насоса, а сила С, — весом золотника и муфты к силой пружины.

Тогда

с. V» tge = О +ох,

dу , О + ах dx 6 С, V'

Мы получили уравнение кривой профиля скосов муфты регулирования в дифференциальной форме.

Интегрируем это выражение:

y=sj^mf(V)dV+c.

Постоянную интегрирования определяем из условия, что при ; у—О и окончательно получаем:

_ , 3 а С0 *

Здесь А =

8g С* ОН ' „ а Ср С, , 4gC.l'H ' с_ 3 С? (G-fa 3 а Ср С. .

C,l YTW 4 gC.l'H ' n a С. G— a CH Sinn ,

Исследование механических и гидравлических особенностей бескривошипных насосов барабанного типа с устройством, позволяющим автоматически регулировать его режим работы, осуществлялись автором вначале на лабораторном стенде, а затем на полигоне, где этот насос, агрегатированный с ветродвигателем Д-12," работал на подъем воды из колодца. На рис.18 показана лабораторная установка, на рис. 19 - одна из осциллограмм, снятых во время экспервгмента.

Рис.18. Исследование режима работы насоса НБВ-3 на лабораторной установке.

В результате анализа кинематики бескривошштного механизма констатируется, что: а)свободносидящее колеблющееся или "плещущееся" кольцо (косая шайба, ве> при вращении вала и ступицы вынуждено совершать в пространстве сложное колеб. тельное движение, синхронизованное с вращением вала и воэвратно-постугательн движением поршней(рис.20,21), б)траекторией произвольной точки кольца яздя лемнискатоподобная кривая, расположенная одновременно на сферической поверхн радиусом, равным радиусу шайбы, и на цилиндрической поверхности радиусом, ра произведению 0,5 радиуса шайбы на единицу минус косинус угла наклона шайбы, а проекции этой траектории на координатные плоскости изображаются: на плоско Х0У- дугой, близкой дуге с радиусом шайбы, на плоскости YOL - окружностью с радиусом цилиндра, причемпроекция точки равномерно вращается по этой окрут сти с угловой скоростью вдвое большей угловой скорости вращения вала, на пл кости ХОХ- в виде симметричной восьмерки, напоминающей лемнискату Бернулли 22), в) найденныемет0;10мгармонического анализа экспериметальной кривой пути поршня уравнения пути, скорости и ускорения имеют вид:

= <*о + Д i cos f + aJ cos* ?; v<¡ = • [ft, sin ? + ft, sin' <p);

/« — «* COS о — с, COS" ®).

Здесь О—угловая скорость вращения вала; д0,а,, а,, Ь,, Ьг, с, н с,—числовые коэффициенты, определяемые конструктивными особенностями

данного механизма (углом наклона шайбы к вертикали и радиусом шайбы к):

а, = R sin «„;

а, — sin з„(12—cos a0);

a, =/?sin —со ■;»,);

b, = /?sln a0(2cos »»—1);

£>,= 3 Rslni0(l— cossj);

c, = £sln а0 (8—7 cos *„);

c.--^9í?sln«0(l—cos»„).

Анализ динамики бескривошипного механизма показал, что активная сила от i тящего момента разлагается в шарнирном сочленении на три реактивных составл. аксиальную, тангенсиальную и радиальную, действующих по трем взаимоперпендк. лярным осям. Расчет механизма ведется, главным образом, по аксиальной силе, которая уравновешивается давлением жидкости под поршнем в период нагнетания инерцией возвратно-поступательно движущихся масс и механическими потерями н трение в поршневой группе{рис.23).

Анализ величии скорости и ускорения поршня показал, что в бескривошипном механизме наблюдается увелотение максимальной скорости поршня на 4,Ж по сравнению с гармоническим движением и на 2,9% по сравнению с кривошипно-шатунным механизмом. Что касается максимального ускорения поршня, то оно уменьшается на 7,6% по сравнению с гармоническим и на 23,4% по сравнению с кривошипно-шатунным механизмом.

Анализ гидравлических особенностей многоцилиндровых насосов барабанного типа показал, что_степень неравномерности подачи значительно уменьшается с увеличением числа цилиндров, причем равномерность подачи насосов с нечетным числом цилиндров значительно выше, чем насосов с четным числом цшшндров. Для таких насосов отпадает необходимость в воздушных колпаках.

Анализ процессов нагнетания (рис.23 и 24) и всасывания (рис.25-29) показывет, что в барабанных насосах за счет высокой равномерности подачи и понижения максимальных ускорений значительно ослабляются явления отрыва жидкости от поршня в начале хода всасывания и в конце хода нагнетания. Определено так же, что во всех случаях уменьшения объема всасывающей полости насоса наблюдаеся повыше-• ние его коэффициента наполнения. Отмечено, что режим развитой турбулентности, отвечающий условиям работы экспериментируемого насоса, обуславливает независимость коэффициента расхода от числа Рейнольдса, он стаббильно равен 0,6.

Испытания насоса НБВ-3 выявили работоспособность предложенной конструкции. 1осле 310 часов работы насос дал следующие положительные показатели: высокий коэффициент наполнения (0,83 -0,93), высокие к.п.д.(механический=0,92-0,94, гидравлический=0,93-0,95, индикаторный=0,78-0,88, полный'0,77-0,82), высокую равномерность подачи=1,047, возможность работать при больших оборотах - до 700об/мин при производительности 5 л/сек, давлении 15атм., мощности Юл.с. и ДР-

Рис.23. Графики изменения давления под поршнем в периоды всасывания и нагнетания в насосе НБВ-3.

А Б

Рис. 24. Осцшклограммы, характеризующие изменение давления нагнетания при работе одного (А) и трех (Б) цилиндров.

Э <■■______

/л-

XV' па^лт. r-eo'iu

вынртст.

|л» i i И 1

V График B*f,(DH) nct п - Í30 C¿

\

V

miIT

г i

то

[«и lili

График

В* f(D)

л» 4

№ 1

— S:

го ¡о

— о»

График cC=f!S)

. _ ! —[-1-

i t,_V

'I

\

1 г/

Рис. 25-29. Графики, характеризующие влияние на процесс всасывают различ пых факторов.

При сравнении технических показателей насоса НБ&-3 с различными порви насосами тех лет (ВСК-30, К-21Д-ГН и др.), часовая производите льноеп близко соотвтствует производительности зкспериментируемого насоса, был! явлены следующие его преимущества: удельный вес, отнесенный к единице ) насоса, в 8-80 раз меньше, удельная мощность, отнесенная к единице вес! 70 раз больше, то же - к еденице объема в 12-176 раз больше, удельная I тельность, отнесенная к единице веса, в 12-80 раз больше, то же - к ед! объема в 12-180раз больше ит.д.

1.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Освоение морских нефтяных месторождений связано со строительством ста эстакадных сооружений, защита которых от коррозии представляет одну из ших задач. Наиболее эффективным, удобным в исполнении и легко контролир методом защиты является электрохимическая защита, осуществляемая катода ляризацией защищаемой поверхности. В условиях индивидуальных морских ос далеко отстоящих от линий электропередач, такая защита может осуществля лишь при наличии автономных источников тока, в качестве которых наиболе эффективно могут быть применены ветроэлектрические агрегаты небольшой м Созданная на базе ветроэлектрического агрегата ВЭ-2, противокоррозионн новка состоящая из ветронолеса диаметром 2м с центробежно-аэродинамичес гулированием, генератора переменного това, выпрямителя с автоматически распределения и аккумуляторной батареей (во втором варианте - с диоднык мителем без распределительного щита и аккумуляторной батареей), анодное и анодев прошла длительные опытно-промышленные испытания на полигоне ci и на площадке К?52 НПУ им. Серебровского.Схема установки показава на рис двух агрегатов, установленных на эстакаде один проработал свыше 10000 » другой - свыие 6000 часов, причем более 30% времени - при высоких скор( ветра порядка 10-15 м/сек. Система регулирования работала надежно и ус выдержала штормовые нагрузки при скоростях ветра 25-30 м/сек.

Мощность переменного тока при скоростях ветра 8м/сек составляла 100 i при 10 м/сек - 180вт. Полная защита обеспечивалась при достижении поте свай О 85в. не позднее 20-ти дней после включения защиты, в связи с лась возможность переключить защиту на соседний участок, увеличивая те защищаемую площадй более, чем в 2 раза. РБзультаты испытаний показаны i

Рис. 30 Схема противокоррозионной оковки на базе ветроэлектрического аг~ регата ВЭ-2; }—»етроколесо; 2—генератор перемеп-<ого токе; 3 — выпрямитель н блок управления; 4 — сми; 5—»иод ,

Значения лотемциал« сшшИ (и*) после ■«игюченя* »*ш.яти

Продолжительность времени после гключ«кн< ЗХШИТЪ!

евгй I « 10 суток 20 суто« 35 суток 60 с;

1 0.65 0.86 0,85 0.88 0,9

3 0,97 0,87 0.88 0.90 0.9:

3 0,83 0,87 0,87 0,88 0,9

4 0.88 0,90 0.90 0.92 • 0.9:

5 0,86 . 0,88 0.90 0,90 0.9

.Таблица к рис.31.

Яне.31 Графики зависимостей I/— ¡(9), п«*/С|>) а и>—/(»)■. / — с пружиной Н,7 кг; 2—- с пружиной 36 к*

В процессе испытаний установки громоздкий блок управления был заменен I тивным выпрямителем на селеновых элементах, изготовленных в Институте фи: АН АзербССР.

Другая, более мощная установка на базе ветродвигателя АВЭС-1,5- 6Т такя шла опытно-промышленные испытания на полигоне и эстакаде. Мощность на кле генератора при номинальном режиме с нагрузкой составляла 1,3квт. Несмотря отднльные конструктивные недостатки, эта установка также проработала длш время, об^^чивая надежную защиту свай в условиях интенсивного ветрового

Помимо перехода к ветроколесам болыаого диаметра, повышение эффективное защиты достигалось так же за счет внесения изменений в электрическую схе(-ты. В пе{вО)М новом варианте ток с выхода трехфазного трансформатора при ( жении 240в и силе тока 0,14а с каждой фазы отдельно подавался к местам ус ки анодов, где подвергался вторичной трансформации ( Зв и Юа) и уже поте к анодам и катодам. При этом варианте эффективность защиты увеличивалась в 3 раза по сравнению с обычной схемой.

Второй вариант - схема автоматического переключения защиты с одного уче на другой. Командой для для переключения являются либо величина защитногс циала, либо количество потребляемой энергии.

Одна ветроэлектрическая противокоррозионная установка способна полност! печить защиту и освещение одного стандартного морского основания при глу( моря до 20 метроа.

По приказу Министра нефтедобывющей промышленности Азербайджана эти устг прошли промышленные испытания на ЦПУ нм.Серебровского и на эстакаде в ра! Сангачал - НПУ им.Нариманова.Испытания прошли успешно и было принято реи< Широком их внедрении поморских нефтепромыслах.

2. РАБОТЫ В ОБЛАСТИ ГЕЛИОЭНЕРГЕГИКИ

Говоря о преимуществах энергетических ресурсов ветра, мы, прежде всего черкивли их огромность и неисчерпаемость^ В еще большей степени эту оцет но отнести к энергетическим ресурсам Солнца. Для того, чтобы обеспечить I земной шар таким количеством электроэнергии, которое потребляется сегодн: таточно иметь солнечную установку с принимающей поверхностью равной 100 I при к.п.д. установки всего 20%. Эт0Й энергии присущи все те же "за" и V что и для энергии ветра и потому для объективной оцеки целесообразности I пользования в той или иной зон® нужны соответствующие кадастровые характ

Коатко об опыте разработки такого кадастра на примере Азербайджана расс

вется в первом параграфе этого раздела.

Во втором параграфе приведены некоторые результаты исследований, связанных с использованием высокотемпературных солнечных установок для осуществления термохимических процессов.

2.1. ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КАДАСТРА

Хотя полной аналогии в методах построения кадастровых характеристик энергии ветра и солнца быть не может, однако исходные методические принципы исследования принимаются общими: как в том, так и в другом случаях, хронологическая изменчивость интенсивности источников энергии представляется как некоторый сложный закономерно-стохастический процесс.

При разработке гелиоэнергетического кадастра, учитывая факторы относительной, по сравнению с ветром, стабильности процесса, можно было ограничиться рядами актинометрических наблюдений какой-либо одной наиболее репрезентативной метео-. станции, как это сделала, например, H.A. Петелина, определившая ряд гелиоэнерге-тических характеристик для большинства районов Средней Азии по данным одной лишь метеостанции Ташкент. Однако, принимая во внимание сложную геоморфологическую структуру Азербайджана с его климатическим разнообразием, мы, приступая к разработке кадастра, решили опереться на данные семи метеостанций, расположенных в различных климатических зонах.

Конечная цель исследований сводилась к построению объективных численных характеристик, представленных в виде графиков и таблиц, удобных для практических инженерных расчетов, с помощью которых лего определяются различные энергетические характеристики: годовой ход средних многолетних значений суточных сумм прямой и диффузной радиации, нормированные кривые обеспеченности суточных сумм радиации, распределение суточных сумм радиации по сезонам, кривые обеспеченности необходимых относительных емкостей аккумуляторов по сезонам и месяцам и др.Примерь, таких характеристик приведены на рис. 32-37.

По характеру поступления радиации условно выделены три зоны: А- Апшерон и вся Прикаспийская низменность, Б- вся Прикуринская низменность и земли вдолб реки Куры вплоть до границ Грузии, В- горные районы.

Опыт показал, что для описания законов распределения повторяемости суточных сумм прямой радиации наиболее подходящим оказались уравнения степенного вида.

ю м/ Мгац

Годовой ход средних многолетних значений суточных сумм прямой рашааки, кал^м1, (Л), их абсолютных '{Б) и относительных (В) отклонений от нормы по ст. Дженран-Батан

у я уп та х х/ хи Месяц

г»»•/»».',"». шз •' еч-

Онс.35 Распределение суточных сумм радиации по сепоизм по ст. Киропабал (.1), Нахичевань (/Т). и Джеирпн-влтан (¿1).

Характеристик» распределений суточных сумм прямой радиации

При «с"мн1 гогогс | При П)СМ\рноА пого1е

Г, С-ОН Статистические

с»

я ■V « 5

И п Зима 17.3.5 41 0.51 423.5 109,5 93,4 1.7 116,0

1 Весна 186,5 38,9 480,0 У8.0 88.3 1.71 111.0

о Лето 180.1 •41.54 «.10 415.0 107.5 85 1.41 125.15

"2. Осень 171.0 ■10.5 0,21 1:2.5 1)1.5 90 1,94 101,5

п Зима 157.0 36,42 0,07 108,3.5 91,0 78 1.31 120,5

о Весна 173.0 42.2 0,175 409,40 170,5 77,15 3,74 220,85

X Лето 183.0 Л'). 83 (1 51 459,0 — _ _ -

Осень 119.5 41.74 0,43 ЗНЗ.О 117.5 ВО 1.41 139,5

X

! Зим л 1ВД.0 44,60 0.8(1. ЗГЙ.5 127,0 87 1,65 119,0

Вес»! 142.0 •11, 0.2« 4-И.95 127,0 87,5 1,61 145,0

'5 ^ Лето 213,0 0,52 46«,20 — _ -

* 5 Осень 1-1« ,0 48,3 ■10 3у7.35 122,5 36 0,82 142,60

^Пиэ

Ч к с л с я и ы е

РТ п Р п к п Р д 1 «

Зима 1.23 4 л,-19) 1,606 1 60 1 1

Весна 3,5 1.5 0.Я11 1,185 1 0.5 2,51 1,53

Лето 1.5 4 0,531 2,84.3 0,105 1.25 0.031 0.0075

Осень 3,7 1.4 0,171 3,58 1 0,333 0.621 1.331

л Зима 2.2 3 5.0911 0,1901 о.ззз 0,6617 1.879 1.31

с Весна .1,8 1.3 0.2П37 0,2807 2 0,1667 0.0,855 3.64

г: Лето 1.5 3 1.21« 1, Н>4 — — —

Г Осень 2.25 2 0.951 1.08 0,3.333 1.17 0,805

г Зима 1 4.5 0.811 5.517 1.1 0.5 2,52 1.53 '

с. Весна 1 1.5 0.52 2.84 0,1667 1.25 0,031 0.075

го ^ Лето 3 2 2.МИ .3,481 — — — —

Осень 2.75 1 1.92 0,065 0,286 2,11 0,148 0,213

Прн меч айне. Уравнение распределения суточных сумм радиации ъкй

Значения з , $ йырлшают соответственно: каллрАткиеское отклонение и среднее арифметическое всех входящих величин, кад/сх1-сутки.

А

"Î /-7L

/ё.- к

rhiïAl'>' 'j . '//:■ >, •

г/ч in t.:i ■;.......

Иомогрзчч., .,.,„ определен«« „,-,,„„„ „ "

«l'eti-in.,,« 'рлегроп /т_п.рЛс.

"»•H»»»,,,,« ,„,„'„ , "u 3>..„c,

«..и,«г, r„m ........ or.w».

Значения по месяцам необходимых объемов аккумуляторов при разной норме обеспеченности

Месяц

I*

II*

«* I II*

Январь

Феврааь

Март

Апрель

Май

Июнь

Илль

Август

Сентябрь

Октябрь

Ноябрь

Декабрь

2,7

2.5

г.з

3.6 3,5 3,4 У.5 2.4 2,4 2,й 3,1 2,4

13,3 10,2 10,5 8,0 5,9

4.8 3,1

3,6

5.9 10,1 12,«

3,4 3,4

4.0 4.6

4.2

4.4

4.5

3.3 .3,0

3.1 4,1 2,9

I'.a

!3,9 12,7 10,3 7,1 6,0 4,4 4,'-, 4,6

13,2 15,0

* 8 далях от максимально!! установочной мощности (1000 кал/см'1 сутки),

** В долях от нормы (среднего многолетнего значения суточной суммы ратании Н)-

Таблица к рис.38.

Рис 38 Криаые обеспеченности кеовмднмых относительных емкостей мкумумторов по месяцам.

В случаях двухвершинных распределений можно пользоваться композицией двух распределений отдельно для ясной и пасмурной погоды. Теоретические кривые распределения прямой радиации по сезонам и месяцам, найденные методами математической статистики путем обработки многолетних актинометрических наблюдений по трем метеостанциям (Кировабад, Нахичевань, Джейран-батан), могут быть с достатоодой доставерностью использованы для определения ожидаемой выработки гелиоустановок, работающих в любом пункте Азербайджана. Для облегчения практических расчетов функции распределения повторяемости прямой радиации представлены в виде интегральных кривых распределения (или нормированных кривых обеспеченности)'.

Режим постушеня диффузной радиации на территории Азербайджана отличается постоянством, незначительно изменяясь от зоны к зоне. Анализ хронограмм, построенных по данным тех же трех метеостанций, показал, что во всех случаях относительные отклонения от нормы достигают 40-60%, за исключением летнего периода, когда они не превышают 20-30%.

2.2. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГЕЛИОУСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Ш1АЗМ0ШИЧЕСШ ПРОЦЕССОВ

Известны попытки использовать высокотемпературные гелиоустановки для осуществления таких процессов как плавка металлов, выращивание монокристаллов, испытания термостойких материалов, сварки идр. В гораздо меньшей степени такие установки использовались в плазмохимии. Во Франции была сооружена установка для получения окислов азота из воздуха, в Государственном институте азотной промышленности в Москве создана модель солнечной печи для фотосинтеза капро-лактама, в Японии для фотосинтеза капролактама использовалась более мощная установка. Нами при участии ЭНИНА им.Г.М.Кржижановского на базе армейского прожектора была разработана гелиоустановка для проведения рззлттмх термохимических исследований (рис.38).

Установка состоит из концентратора I, термохимического реактора с насадочным элементом 2, закалочного устройства 3, системы подачи газа 4, системы измерительных приборов. Основное назначение установки - нагреть нзсадочный элемент химического реактора до высокой температуры, а нагрев потока реагирующего газа осуществить конвекцией при прохождении его через поры насадки.

В качестве концетратора использовано точное пароболоидное зеркало (аиаметром 1,5 й с фокусным растоянием 0,637м и углом охвата на сторону 60-62 градуса. Установка включала в себя также автомат слежения за Солнцем.

Ниже приводится расчет реактора солнечной печи (авторское свидетельство № 993638).

WMMWW//

Рис.38. Схема солнечной установки для.термохимич! ких исследований.

Кривая распределения энергии в фокальной плоскости параболоида описывается формулой:

£ = 3,286 • 10 sin» и h1 exp £ - 3,286 ^L—Jíj* кггг J ккал!м

где Я, —максимальная солнечная радиация, падающая на перпендикулярную поверхность (для Баку £(, = 700 ккал/м'-ч — = 0,82 кет/м2

R3 — коэффициент интегрального отражения зеркала (/?,=0,8-1-0,9);

Л —мера точности = 4); г—радиус фокального пятна; тогда £ = 22.5-l0»íxp|-ll,83-10,H| ккал1м'-ч. , Мощность отраженного от зеркала потока —

Q = « 0,785-D1/?, = 990 ккал!час = 1.15 кет.

Коэффициент поглощения приемника At принят равным 0,5, коэффициент лучеиспускания = 1, минимальная температура реакции ТаЫ — 2000°С: тогда необходимая нагрузка

— (тег)': Бш* "3Ç" (w)'= 1-585'10'

В центральной точке пятна получили температуру

• 100

/М

■3880°К,

Средняя равновесная температура для рабочей части пятна составляет

2

: 2940°К,

соотношение нагрузок — Ï.

сяИп _

Относительное количество используемой энергии т! = 1-5 = 0,93.

Радкус изображения, куда попадает 93% всей отраженной энергии,—

1.М5

= 0,07.

Таким образом, днаиетр круга, в котором получклк температуры выше 2000°С, равен — 11 мм с обшей мощностью 1,15 кет. Температуру насадки определяли в условиях отсутствия теплоотдачи нз нее.

С учетом потерь тепла (теплопроводность и конвекция)- темпера-, тура в центре пятна практически получилась около 2500—3000°С.. сни-.

ЗКЗВСЬ пл --

Рис.39. Схема термохимического реактора, (авторское свидельство »5993638).

»- 1ШППИМ ««ми: 1 - •«»! ' фоку«««: ' - '"""¡Т.*

-о."? ""•> ««»«" ««««•*« г-......««...........

Рис.40. Схема плазматронной установки.

Для исследования возможностей осуществления плазмохимических процессов 'в высокотемпературных гелиевых установках нами была выбрана реакция превращения пропан-бутановой смеси в плазменной струе водорода с ориентацией на этилен. По началу, для сравнения, этот процесс осуществлялся в созданной при нашем участии ЗОО-кююватной плазменной установке & Энергетическом институте АН АзербССР.(рис.40).

На первом этапе, для отработки процесса, опыты проводились на аргоне. При переходе от газа теплоносителя-аргона к газу теплоносителю-водороду увеличивался выход метала и ацетилена, что свидетельствовало о углублении крекинга.

Соответственно увеличивается количество этилена, что дает возможность п ти от целевого продукта к ацетилену.

Опыт показал, что с увеличением удельного расхода энергии выход этилена до определенного максимума (52%), затем медленно снижается при максимальн! тигнутых в опытах значениях удельной энергии.

Максимальный выход пропилена соответствует температуре порядка 1100-120 дусов Кельвина. Максимальный выход этилена и ацетилена происходит при бол высоких температурах, причем максимальная температура для этилена достига 1700 градусов Кельвина.

Для максимального получения этилена процесс следует вести при 1500-1700 дусах Кельвина. При более высоких температурах снижается выход суммы непр ных за счет уменьшения выхода пропилена и этилена и увеличения выхода мет хотя выход ацетилена возрастает.

Результаты, полученные нами при пиролизе пропан-бутановой смеси в гелио новке практически совпадают с результатами пиролиза той же смеси в плазме струе плазматрона, что позволяет сделать вывод - применение высокотемпер ных гелиоустановок в плазмохимии вполне оправданно.

Сопоставление состава газа, полученного окислительным пиролизом пропан-новой смеси с экспериментальными данными пиролиза пропан-бутановой смеси лиоустановке показал, что в газе плазмоструйного тгролиэа нет кислорода, и двуокиси углерода, этилена больше в 1,5 раза, ацетилда - з 3,8 раза, ма непредельных - в 1,3 раза.

3. РАБОТЫ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

В 1978 году в отделе II, руководимым проф.Казновским С.П. , ао ВНИИАМе, была создана лаборатория "Сейсмических испытаний рудования АЭС". Возглавив эту лабораторию, автор столкнулся с серьезными трудностями, связанными не только с отсутствием В1 ституте необходимого для этой цели стендового0б0руд0вания, но и крайне скромным опытом в этом вопросе, которым распологало тот момент отечественное атомно-энергетическое машиностроение

Если успехи наших ученых в области сейщостойкого строитель ва были очевидны и признаны во всем мире, то сейсмостойкости встроенного инженерного оборудования, а тем более энергетичес оборудования АЭС, уделялось слишком мало внимания.

Между тем, задачи обеспечения сейсмостойкости технологического оборудования АЭС и, в первую очередь, реакторных установок и систем безопасности, на которых не мог быть распространен опыт эксплуатации других промышленных объектов в силу принципиального отличия АЭС по возможным последствиям аварий и отказов оборудо.-ваия и соответствующего различия требований по надежности и безопасности, приобретали исключительно важное значение. Дополнительными усложняющими факторами являлись требования по сохранению работоспособности во время и после проектных (АЗ) и максимальн-ных расчетных (МРЗ) землетрясении, предявляемые к ряду видов оборудования, ответственного за безопасную эксплуатацию и аварийный останов АЭС.

Являясь головным институтом отрасли, ВН11ИАМ - ответственный исполнитель по большой номентлат.уре вспомогательного оборудования: теплообменного, водоподготовительного, вентиляционного, пароводяной энергетической арматуры и др. Как свидетельствует опыт крупных аварий на АЭС последних лет, их причины, в основном, связаны с неполпдками в рабо?е"^8Н$Рюгательного оборудования. Так авария на блоке №2 АЭС "Трп-Майл-Айленд"(США), в основном/связана с неполадками арматуры: сначала не закрывался электромагнитный разгрузочный клапан на компенсаторе объема при снижении давления в 1-ом контуре, а затем оказались закрытыми запорные клапаны на линиях подачи аварийной питающей воды. Последствия аварии на блоке М Чернобыльской АЗС усугубились из-за того, что, вопреки правилам эксплуатации, за II часов до аварии ручными задвижками были отключены все балонные и насосные системы аварийного охлаждения реактора. Эти примеры объясняют ту ответственность, которая возлагалась на нспонителей, отвечающих за проверку и обеспечение сейсмостойкости вспомогательного энергетического оборудование АЭС.

Многолетний опыт исследований, связанных с проверкой и обеспечением сейсмостойкости вспомогательного энергетического оборудования АЭС, позволил прнтти к выводу, что ни чисто расчетным, ни чисто экспериментальными методами, которыми мы располагаем на сегодняшний день, практически невозможно дать стопроцентно гарантированное заключение о безусловной сейсмостойкости того или иного объекта в системе АЭС. Только сочетание методов расчетных и экспериментальных °беспечивает выводам надежную достоверность.

При проведении расчетов возникают две проблемы:I) задание дос товерных граничных условий, т.е. затруднения в надежном учете взаимного влияния оборудования, трубопроводов, опорных конструк ций на динамические характеристики, а следовательно - на реакци>| оборудования на сейсмические воздействия, 2) выбор расчетных-ext достаточно полно отражающих сложные конструкции оборудования и трубопроводных систем, демпфирования, нелинейности н т.д.

Проверка сейсмостойкости оборудования на виброплатформах в основном снимает вторую проблему, но не позволяет учесть динамичес кое взаимодействие оборудования с опорными конструкциями, трубопроводами и пр., т.е. проверить поведение различных элементов АЭС в общей технологической состеме.

В известной степени отмеченные трудности удается устранить про ведением динамических испытаний оборудования непосредственно на АЭС с измерением собственных частот, форм и дек^рементов колебаний оборудования в его реальном механическом взаимодействии с окружающими конструкциями. Освоенные ВНИНАМ и успешно применяемы на практике такие станционные испытания имеют в свою очередь сво принципиальные недостатки: I) они базируются на слабых силовых воздействиях, не позволяющих учесть влияние нелинейностей в элементах оборудования, связях и опорах, 2) не позволяют проверить работоспособность механизмов в процессе сейсмовоэдействий.

В перспективе оптимальное решение этой проблемы видится в создании специального сеисмополигона, на которых с помощью програ-мированных взрывов возможно имитировать реальные землетрясения. Техническое задание на разработку такого полигона разработано во ВНИИАМе, однако осуществление такого сложного и дорогостоящего проекта представляется возможным лишь в отдаленном будущем.

Сегодня же, используя для расчетов современные программы, а р" экспериментальных исследований арендуемые в ЦНИИСКе, Гидропроекте и в других организациях виброплатформы, а так же провод5 испытания непосредсвенно на АЭС, мы обепечиваем проверку надежности оборудования на сейсические нагрузки на всех этапах его создания от разработки и испытания опытных образцов до монтажа и эксплуатации.

ffe. имея возможности в объеме данного доклада подробно остановит ся на результатах всех исследований, приведем лишь данные некотор модельных и полномасштабных испытаний., проведенных при непосредственном участии и руководстве автора (рис.. 41 - 56).

Индикаторные кри-триала оригинала аОели фильтра 5-1.0

ль'. ? — алюминий; у»ь

га», го-*

Рис41 Частоты и формы колгЯониЯ модели компенсатора давления 88ЭР-440 (ясмченсатор Г>ез роскрепленим вверху): а — ркчетная иоаель. б — »«гигр*«с«г </»7.7 Г»), » — р»г»гт (f-7.fi5 Гц| .

»

О)

Множителя по лоб»

Линейный размер Напряжение Деформация Модуль деформации Угол поворота Перемещение Распределенная нагрузка «-Сосредоточенные силы

Сосредоточенные моменты Жесткость Кривизна Момент инерцмм Площадь сечения Период колебания Плотность

Р<Т

= у <9 и'»ау и

Я'=га?рр

/=а7 Г = а?Г

Г-«Г

а 0.25

В 0.112

У 0.5

Р/у 0.22

1 0.5

аУ 0.125

»3 0.027

о'р 0.006

а'Ц 0.0015

о'/(1 0.00086

у/о 2.0

а* 0,0039

а' 0.0605

С 0.32

б 0.«

м

К» «ффицкгкт

}5

> <

/ /

/ /

/

О / ! 3

*}

Рис7Характеристики *о5мв а оригинала фильтра афи-1,5-1,0 в зависимости от частоты движения сейемоплат-формы (I — оригинал; 2 —

в — амплитуда ускорений; б — деформация юбочкоА опоры

РисАА Модель теплообменника диаметром 1200 мм с трубным пучком:

1 — 3 — т?що&атч»*и, $ — тооореэнсторы

Таблица к рис.45

Режим сейсммчесимх «ОЗАСИСТакН

Ргжям р<**<« Ус.орг...! , • и.пра.лги.ж

г г X у ' г

1 II 1.23 1.28 0.87 VI 1.48 1.28 1,13

1,в1 1.40 1.19 VII 1.3 1.14 10.96

III 1.11 1.45 1.3 VIII 1.85 1.02 1.06

IV 1,29 1.32 1.46 IX 1.29 1,42 1.17

„ V 1.76 1.3 0,41 X 1.1 1,38 0.41

о)

о е)

ц)

Рис&ЪТензограммы отдельных труб, Совмещенные с кривыми вынужденных колебаний корпуса теплообменника (*г«Эс): в—л — **кюрез«<торш д — тюамч*** 1. 3

Рис . ^ЗАхммрограммы г».™.,.

? ~ колее..,,,. „ ""дителк

—»«—г. * ««=-

иерсим

Р"в. 2)

Ускоренна а до* я, /

1.«3 ».I

5. аз 1.2

г.ч I ,ия 1.36 0.1« 1.0)

0,Г6 «,05

1.»

Точка иэмер«. *мя

(Р"с. 3)

Дефория-пии X 10'. %

I

II

II1

VI

VII

VIII

• .'а

1.54

I. «В

Непрямом МП«

5, 14 О

7. в» 1.«

".4

""к,;:-,:::*!?™\\"5:гг.; ■•■«»»•«"•

__' у " пролмьиыА 2 сеАсмы)

Точка ■имер,киа

(рк 21

Ускорения в до,яа 2

3.1

0. г 1.2» 1 . •

1.(1

•.(б

1,1)

1.0Л 1,39 0,84 1.9а 0.75 4.05 >.2

Точка ■1мере.

км* (рис. я

1

и

М1

VI

VII

VIII

Деформа. чии х 10' Т

17.4 17,71 Л. 9 9. 4

Э

Э

(m(—ffij — сосредоточенные массы.)

Рис.52,0х:циллограмма свободных клеба образца фильтра_._

лг

_ датчики сопротивлений:

— азтчичи tifpeweu«M*ft. ВБП. « — СГУЭД

ис.51Схема фильтра АФИ.

6)ИМИ формм. Гц Пл.т-IP"<- i. олора HUJ. 21 Btpx фнл.грл 1Р-С. ПО). J)

1.7 1.0 0.89 0,54

2.5 0.G5 0.55 0.33

4.0 0.55 0.39 U.25

5.5 0.45 0.38 0.48

7,45 0.45 0.38 1Г.14

П.О 0.5 0.46 0.5

14,95 0.35 0.6Й 2.06

а,а мм I _ ,

—» - .. - - г .. .. Рис-кривые г1-ой формы

кспгримент: ii — расчет на сдвиг; iii — расчет на изгиб-I—3 — то же, иго и им рис. 2. ^ - ' ■ «п

- * колебании АФИ.

Р. иг с. Р. «г ¥„. с» с. »г/си*

юо 0.012 4000 500 0,069 3500

200 0,025 3700 600 0.082 3400

300 0,039 3600 700 0.1 OS ззоо

400 0,053 3500 800 0.1 М 3200

С,иг/см1

юно

тс

jsoc

ш

в,ог с,о* о,оs а,оз у

Рио?График модуля упругости при сдвиге.

Рис.55. Записи колебаний фильтра и соответствующие формы колебаний.

Annua' 1 —

3 — веояняя крышка

■гП

- 48 -

• - ф -

1

1 ?! р N -

1 ■ щ # а \aAjY

5.с 1С.с 1ь.о гг.5 гь.в Р Н2

Рис.56. Амплитудно-частотная характеристика вентагргата

ВД-5/40-15с без автономной ходовой части, снятая

во время испытания на виброплатформе при не работающем

ветиляторе. ( напрпвлеяие во оси Х - датчик установлен на верхнем краю воздуховода.)

Рис.57. Амплитудно-частотная характеристика того же

вентагрегата, в той яе точке установки датчика и по той же оси, но при работающем агрегате.

Рис.58.Конструктивная (а) и расчетные (б,в) схемы охладителя.

*. Частоты собственных колебания окла&ителя, Гц

Номер форм колебаний 1 2 3 4 5

■ Расчетная схема

без колонны II 49,5 145 190 4«1

с колонной 9.3 27,5 60 77 250

мм

г 1 о

0,6 м г, о

г.с

мм (7,5

I?

Датчци 2

ОЛ ' ^ ^ ' с, с и

мм

ч -

Летчик 3

\!\Щ1\/УУМлллул

Д/ Д,*» М * . '.О

С t с

Рис.59. Записи собственных колебаний охладителя.

Сравнение значений частот низшей формы -собственных колебаниА охдааитедя, полученных различными методами

Метод получения результата Частота, Гц

Расчет

с холонной 9,8

без колонны !1

Испытания модели •

с «ослабленным» стыком 5

с * полужестким» стыком 6,4

с «жестким» стыком 7.2

Натурные испытания 5,3

Так %ак оборудование АЭС чаще всего представляет собой тяжелые и громоздкие конструкции корпусного типа, их полномасштабные ис-пытани.е на сейсмостойкость с помощью существующих виброплатформ не всегда возможно и в этих случаях наиболее премлемым способом исследования их сейсмостойкости являются модельные испытания.

Разработанные при участии автора и основанные на базе фундамен тальных теорий А.Г.Назарова "Рекомендации по моделированию и испытанию оборудования АЭС на сейсмостойкость" легли в основу цело ряда исследований, ставящих своей целью определить возможность, замены полномасштабных испытаний модельными. Сопоставительный анализ результатов натурных и модельных испытаний показал хороше< совпадение данных, что позволило сделать вывод о принципиальной возможности такой замены.

Так, например, испытания модели фильтра АФИ-1,5—1,0 свидетель-твуют о подобии модели и оригинала на всем протяжении опыта. Отклонения при этом лежат в пределах точности эксперимента - среднее отклонение составляет 6%.

Аналогичные результаты получены при испытании моделей других модификаций фильтра АФИ и охладителя протечек первого контура.

Полномасштабные (натурные) стендовые испытания на арендованных ВНИИАМом виброплатформе ВП-100 ЦНИЙСК им.Кучеренко Госстроя СССР И на сейсмоиспытательном комплексе НЙС "Гидропроекта", проводимые по разработанной нами методике,преследовали две цели: I) определение динамических характеристик оборудования, в частности - спектра собственных частот и форм колебаний в диапазоне З-ЗОГц, а так же значений параметров затуханий, используемых для уточнена расчетных схем и расчетного обоснования сейсмостойкости, 2) непосредственная оценка сейсмостойкости оборудования, т.е. сохранени ими прочности и работоспособности при восприятии воздействий, имитирующих реальное землетрясение заданными акселерограммами или спектрами ответа.

В результате испытаний определены динамические характеристики охладителя протечек первого контура, различных модификаций фильтра АФИ, главной запорной задвижки ГЗЗ-500, различных видов запорной арматуры бугельного типа и др. и был сделан ряд выводов по общим принципам расчета теплообменного и водоподготовительного оборудования емкостного типа с разичным соотношением длины и диаметра.

| - 53 -

I

По аппаратам емкостного типа с соотношением длины к диаметру лее 3 следует отметить, что, во-первых, в них, как правило, ализуются балочные формы колебаний, в связи с чем оценку их йсмостойкостн можно проводить по упрощенным расчетным схемам

во-вторых, включение в расчетные схемы собственных частот лю-в, патрубков и других устройств, вызывающих локальные инерцион-е воздействия, носит принципиальное значение.

На основании испытаний арматуры бугельного типа определены наи-лее уязвимые при сейсмических воздействиях элементы. Наряду этим сделан вывод об обоснованности значения коэффициента дина-чности 2,67, заложенного в ОТТ-82, и о неоходимости корректиров-в сторону повышения значения параметра затухания, введенного нормативные документы, что позволит снизить металлоемкость эрудования.

Результаты испытаний типового представителя вентиляционного эрудования (вентагрегат ВДН-11,2), проведенных со второй из иеуказанных целей, при последовательном изменении жесткости з элементов до значений, необходимых для обеспечения его работо-эсобности при сейсмических воздействияк, позволили разработать шципы проектирования вентагрегатов в сейсмостойком исполнении, ювными из которых являются: I) низшая собственная частота систе-"рама-корпус" долж .а быть не ниже 16Гц, для чего необходимо )пус и электродвигатель монтировать на одной раме, корпуса ореб-как со стороны направляющего аппарата, так и со стороны элек->двигателя, 2) лопатки направляющего аппарата должны иметь жест) фиксацию в установленном положении, крыльчатка может иметь :адку как непосредственно на вал электродвигателя, так и на [ промежуточной опоры и др.

^роме того установлена корректность расчета и испытаний на сей-ютойкость вентагрегатов при невращающейся и вращающейся крыль-ке. Резулбтаты испытаний разработанных на основе изложенных нципов вентагрегатов ВДН-9АС, ВДН-ДОАС,ВДН-П,2АС, ВДН-12,5АС, С-63АС, ВДНА-Н1-15С, ВДНА_нж_17С, ВД5140-15С подтвердили сейсмо-йкость этих и других вентагрегатов производства БиКЗ и ХЗЭМ, надлежащих к соответствующим типоразмерным рядам. Опыт эксплу-ции этих машин подтверждает правильность сделанных заключений.

Результаты модельных и полномасштабных стендовых испытаний энергетического оборудования АЭС еще раз показал, что любые лабораторные методы проверки его сейсмостойкости, так же как и чисто .расчетные методы, имеют принципиальное ограничение, заключающееся втом, что они не позволяют с требуемой достоверностью учесть взаимное влияние оборудования, трубопроводов, опорных конструкций на их динамические характеристики, а следовательно, и реальную реакцию оборудования на сейсмические воздействия. Модельные испытания рекомендуется применять на стадии проектирования особо сложных и ответственных конструкций. Полномасштабные стендовые испытания необходимо проводить на стадии изготовления опытных образцов. Для обоснования сейсмостойкости всех видов вспомогатель ного оборудования, арматуры и трубопроводов на * строящихся и действующих АЭС на сегоднящний день самым надежным является разработанный и широкоприменямый ВНИИАМом расчетно-экспериментальный метод.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. В области ветроэнергетикит-внесены уточнения в методику разработки ветроэнергетического кадастра, в частности, предложен ряд коэфициентов в у равнении повторяемости рабочих скоростей ветра, предложено уравнение для определения оптимальней скорости начала регулирования оборотов ветроколеса и др.,

- разработан ветроэнергетический кадастр Азербайджана,

- на полигоне ст.Гюздек проведены испытания различных серийных ветродвигателей и сделаны предложения по совершенствованию их конструкций и рабочих характеристик,

- разработана, испытана на полигоне ветронасосная установка

с автоматическим регулированием режима работы на базе бескривошипного насоса барабанного типа и ветродвигателя Д-12 исследованы механические гидравлические особенности таких насосов, разработан механизм автоматического регулирования и выведено уравне ние его регулирующего органа,

- проведены опытные и эксплуатационные испытания ветроэлектрической установки для обеспечения катодной защиты от коррозии морских нефтепромысловых сооружений.

2. В области гелиоэнергетнки: - внесены уточнения в методику разработки гелиоэнергетического кадастра, в частности, предложены поправки, учитывающие геоморфологическую структуру местности,

- разработан гелиоэнергетический кадастр Азербайджана,

- на полигоне ст.Гюздек проведены испытания различных гелиотеп-лиц, внесены уточнения в методику их расчета, учитывающие влияние потерь тепла через боковые поверхности,

- разработана и испытана высокотемпературная гелиоустановка для осуществления плазмохимических процессов, исследован процесс пиролиза пропан-бутановой смеси в плазматронной и солнечно/!установке, определены оптимальные режимы процесса.

3. В области]повышения надежности энергетического оборудования АЭС: - разработаны рекомендации по моделированию и испытанию оборудования АЭС на сейсмостойкость,

- проведены модельные и полномасштабные испытания различных видов оборудования и показана возможность замены полномасштабных испытаний модельными,

- предложены методики полномасштабных испытаний различных видов вспомогательного энергетического оборудования АЭС на вибростендах, проведены такие испытания теплообменного, водоподготовительного, тяго-дутевого оборудованя иразличной. арматуры и даны рекомендации по повышению их сейсмостойкости,

- на базе результатов стедовых испытаний даны рекомендации, положенные в основу разработанной и широко пименяемой ВНИИАМ рас-четно-экспериментальной методики обоснования сейсмостойкости оборудования АЭС.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, в которых опубликованы результаты исседо-ваний автора.

1. Есьман В.И. К вопросу использования ветронасосных установок для механизации сельскохозяйственного водоснабжения в Азербайджане. Известия АН Азерб.ССР, №8, 1950, 0,3 п.л.

2. Есьман В.И. Некоторые особенности и преимущества бескривошипного автомобильного двигателя. Известия АН Азерб.ССР, №10, 1950, 0,5 п.л.

3. gc ьман В.И.,Логов Л.И. Исследования бескривошипного насоса. Известия АН Азерб.ССР, PI, 1951, 0,5 а.л.

4. Есьман В.И, Бесступенчатое регулирование режима работы вет-ронасосной установки. Доклады АН Азерб.ССР, №2, 1951, 0,5 п.л.

5. Есьман В.И. О равномерности подачи насосов многократного действия. Известия АН Азерб.ССР, №6, 1951, 0,3 п.л.

6. Есьман В.И. Экспериментальные исследования механизма автоматического регулирования насоса НБВ-3. Известия АН Азерб.ССР, №8, 0,3 п.л.

7. Есьман В.И. Уравнение профиля "скосов" регулятора подачи

в системе "ветродвигатель-поршневой насос". Доклады АН Азерб.ССР №9, 1952, 0,5 п.л.

8. Есьман В.И. Характеристика регулятора подачи в системе "вет-тродвигатель-пороневой насос". Доклады АН Азерб, PI0,I952Q,5 п.л.

9. Есьман В.И. Закономерность движения жидкости через перепускные окна поршневого насоса. Известия АН Азерб.ССР, №11, 0,5 п.л.

10. Есьман В.И. Регулятор подачи насоса НБВ-3. Труды Энергетического института им. И.Г.Есьмана АН АзербССР,т.XI, 1953, 1,0.

11. Есьман В,И. Вакуум и коэфициент наполнения поршневого насоса при дросселировании на линии всасывания. Доклады АН АзербССР, №3,1953, 0,5 п.л.

12Есьман В.И. Процессы всасывания и нагнетания в многоцилиндровом насосе. Доклады АН Азерб.ССР, №5, 1953, 0,5 п.л.

13. Есьман В.И., Логов Л.М., Сафаров К.Х. Ветроэнергетические ресурсы Азербайджана. Труды Отделения физико-технических наук

и нефти АН Азерб.ССР, т.1, 1953, 0,5 п.л.

14. Есьман В.И. Результаты исследования бескривошипного насоса НБВ-3, предназначенного для совместной работы с ветродвигателями. Труды рассширенной научно-технической ссесии по вопросу использования энергии ветра. Изд. АН Азерб.ССР, 1954, 0,5 п.л.

15. Даидбеков С.Г.,Есьман В.И. Кинематика свободно движущейся точки кольца косой шайбы. Известия АН Азерб.ССР, №3, 1954, 0,3п.л.

16. Есьман В.И. Закон движения поршня в бескривошипном механизме. Доклады АН Азерб.ССР, №3, 1954, 0,3 п.л.

17. Есьман И.Г., Есьман Б.Ч., Есьман В.И. Гидравлика и гидравлические машины. Азнефтеиздат, 1955, 30,0 П7Л7

18. Сафаров К.Х., Есьман В.И., Фаривер Г.А. Исследование ВЭС Д-12; работающих в условиях ветрового режима'Прикаспийской.зонвы. Труды ЭНИН"им. И.Г.Есьмана, 1956, 0,7 п.л.

19. Есьман В.И. Многоцилиндровые бескривошипные насосы. Труды Харьковского политехнического института им. В.И.Ленина, т.ХУП, 1956, 0,7 п.л.

20. Есьман В.И. Бескривошипные поршневые насосы. Изд. АН Азерб.ССР, 1958, 6,0 п.л.

21. Ализаде A.C., Есьман В.И. Ветроэнергетические ресурсы Азербайджана и пути их использования. Известия АН Азерб.ССР,fl,19606 0,4 п.л.

22.Алиев З.А., Есьман В.И. Расчет и типизация режимов повторяемости. Известия АН Азерб.ССР, №6,1961, 0,3 п.л.

23. Ализаде A.C., Есьман Й.И., Сафаров (СХ. Ветродвигатели в сельском хозяйстве Азербайджана. Азернешр, I96I6 12,0 п.л.

24.Есьман В.И. Характеристика длительности энергетических затиший ветра в Азербайджане. Известия АН Азерб.ССР, N-1,1962, 0,4п.л.

25. Алиев З.А. Опыт расчетов и типизации режимов повторяемости скоростей ветра в Азербайджане. Сборник "Методы разработки ветроэнергетического кадастра", Изд.АН СССР, 1963, 0,3 п.л.

26. Есьман В.П., Мамедзаде H.A. К вопросу об определении установленной мощности ветродвигателя. Сборник "Методы разработки ветроэнергетического кадастра", Изд. АН СССР, 1963, 0, 5 п.л.

27. Ализаде A.C. Ветроэнергетические ресурсы Азербайджана. Азернешр, 1966, 6,0 п.л.

28. Есьман В.И., Мовсумов Э.А. Об общих процессах поступления прямой солнечной радиации по Азербайджанской ССР. „Гелиотехника, №5, 1968, 0,3 п.л.

29. Фархадов A.A., Есьман В.И., Фаривер Г.А., Мамедов С.А. Использование ветровой энергии для электрохимической защиты морских нефтепромысловых сооружений.I-л "Коррозия и защита в нефтедобывающей промышленности", №4, 1969, %,4 п.л>

30. Мовсумов Э.А.,Есьман В.И. К определению повторяемости ных сумм прямой радиации по зонам Азербайджана. "Гелиотехник КЗ, 1969, 0,3 п.л.

31. Мовсумов Э.А., Есьман В.И. Кривые обеспеченности прямо радиации по зонам Азербайджана. "Гелиотехника", Н?4, 1969, О,

32.Агаева Ф.А., Аликишибекова Т.М., Есьман В.И., Коломойце Исследования по получению окиси азота из воздуха в электроду вых подогревателях при разных способах закалки. Труды Азерб.1 Энергетики им. И.Г.Есьмана, т.XIX, 1970, 0,3 п.л.

33. Есьман В.И., Коломойцев В.А., Мелик-Асланова Т.М. Терм« намический расчет выхода формальдегида в реакции COg* СН4 npi высоких температурах. "Азербайджанский химический журнал", 1971, 0,3 п.л.

34. Агаева Ф.А., Аликишибекова Т.М., Есьман В.И. и др. Ясс;-вание низкооктанового бензина с концом кипения 180°С в плазме струе водорода. Труды АЗНИИЭнергетики им. И.Г.Есьмана, т.ХХ,1 0,3 п.л.

35.Кулиев А.З.,Рзаев П.Ф., Есьман В.И., Мирзоев A.A. Методи теплотехнического расчета гелиосооружения для условий Апшерон полуострова. Доклады первой всесоюзной научно-технической кон ренции по возобновляемым источникам энергии. Изд."Энергия" Мо 1972,0.5 п.л.

3 -цуллаев Г.В., Ахундов С. А., Есьман В.й. Реакто^олнеш печи. Авторское свидетельство №993688, 1982.

37. Есьман В.И., Авдеев В.И. и др. Опыт проверки и обеспече; г- 'смостойкости энергетического оборудования АЭС. Тезисы докл.

конференции по распространению упругих и упруго-пластичес! волн. Фрунзе, Фрунзенский политехнический институт и МГУ им. 5 Ломоносова.

38. Есьман В.И., Ефремов А.И., Керимбаев С.Д. Сейсмические и питания модели охладителя протечек АЭС. "Энергомашиностроение" даа, 1983, о,з п.л.

39. Есьман В.И., Ефремов А.И. , Кравченко Н.В., Керимбаев С.Д К оценке динамических характеристик и сейсмостойкости энергети ческого оборудования. Труды ЦКТИ им.И.И.Полэунова, выпуск212, 1984

40. Есьман В.П., Голенков И.И., Морозов Э.А. Опыт расчетно-Э1 периментального обоснования сейсмостойкости энергетической арм; ры. Тезисы докладов Межотраслевого совещания и школы-семинара "Сейсмостойкость дчг" и-.....

сьман В.И., Едиткин Э.Р., Скопим К.С. О некоторых резуль-одельных и натурных стендовых испытаний энергетического вания. Там же.

копян Г.А., Есьман В.II. и др. Экспериментальное исследова-амических характеристик теплообменника на моделях. Там

копян Г.А., Есьман В.Я. Определение параметров свободных иА и характеристики упругости типового энергетического вания корпусного типа. Там же.

Есьман В.И. и др. Обоснование сейсмостойкости энергетичес-'Орудования проектируемых, действующих и строящихся АЭС. машиностроение", №8, 1986, 0,5п.л.

,копян Г.А. Есьман 8.И. и др. Исследование натурного образ-1гетического оборудования (фильтра) на сейсмические воздей-Тезисы докладов Всесоюзного совещания-семинара "Современ-:тояние и основные направления исследований сейсмостойкос->очности энергетического оборудования.". Фрунзе, ФП116 1987г.

:ьман В.И., Едитки" Э.Р., Чеченов Х.Д. Исследование динами-характеристик оборудования в станционных условиях. Тамже. зойков Ю.В., Голенков И.И., Есьман В.И. Сейсмостойкость гической арматуры. Там же.

Есьман В.П., Ефремов .А.И., Мнацаканян В.Л., Акопян Г. А., )ев С.Д., Чнчельницклй Б.А. Методы моделирования и результа-мьных иследований сейсмостойкости оборудования АЭС."Энерго-;троение", »'9, 1987, 0,5 п.л.

есьман В.И. Сейсмостойкость в программе обеспечения качества гического оборудования. Тезисы докладов на координационном *ии "Проблемы прочности и сейсмостойкости энергетического эвания. Фрунзе, ФПИ, 1989.

опян Г.А., Есьман В.П., Казновский С.П., Мнацаканян В.Л. екие характеристик упругости энергетического оборудования ого типа для расчета на сейсмостойкость. "Энергомашиностро-1989, 0,3 п.л.