автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Совершенствование проектирования и эксплуатации оборудования электростанций с использованием информационных технологий

Общая характеристика работы.

Актуальность темы.

Новизна работы.

Задачи работы.

На защиту выносятся.

Практическая ценность работы.

Достоверность результатов работы.

1. Разработка научных основ сетевой поддержки расчетных и графических методов оптимизации энергетических установок.

1.1. Программный сетевой комплекс по свойствам основных рабочих тел энергоустановок.

1.2. Научно-методические и организационные основы создания комплекса расчетных программ для энергетики, доступных через Интернет.

1.2.1. Сетевой интерактивный доступ к типовым энергетическим характеристикам турбоустановок.

1.2.2. Сетевой интерактивный расчетный сервер по руководящим документам энергетики.

1.2.3. Сетевые интерактивные теплотехнические справочники.

1.3. Трехмерный интерактивный атлас графических моделей энергетических объектов.

2. Разработка математических моделей химико-технологических процессов обработки воды на тепловых электростанциях.

2.1. Математическая модель процесса предварительной обработки воды.

2.2. Математическая модель процесса ионного обмена при водоподготовке.

2.3. Исследование и математическое моделирование процессов безреагентной обработки водных систем в энергетике.

3. Создание тренажеров и энциклопедии теплотехнических и физико-химических технологий в энергетике.

3.1. Разработка специализированной программной оболочки ТВТ Shell для создания тренажеров по химико-технологическим процессам, аппаратам и технологиям химических цехов тепловых электростанций.

3.2. Разработка научных основ и создание тренажеров по физико-химическим процессам, аппаратам и технологиям химических цехов тепловых электростанций

3.3. Комплекс обучающих программ для энергетики.

3.4. Комплекс контролирующих программ для энергетики.

3.5. Видеосюжеты по технике безопасности и системе нарядов-заданий энергопредприятий.

Выводы:.

Содержание диссертации представлено в следующих основных публикациях.

В связи с повышением сложности разноплановых задач, решаемых персоналом электрических станций и энергообъединений, встает вопрос о более широком использовании информационных технологий, в частности, Интернет, интранетов и локальных компьютерных сетей для информационной поддержки в энергетике. Это требует разработки научных основ и внедрения особых сетевых программных средств, сайтов и сервисов, адаптации существующих и вновь создаваемых программ для использования в Сети с целью совершенствования проектирования и эксплуатации оборудования электростанций.

Необходимо также отметить важность смещения акцентов с корпоративных сетей на Интернет в связи с тем, что энергетику обслуживает большое количество научно-технических, внедренческих и инновационных малых предприятий, не имеющих— возможности построения и наполнения соответствующим сертифицированным контентом собственных интранетов, но обладающих выходом во Всемирную Паутину.

В последние 20-30 лет вопросам информационной поддержки энергетической отрасти промышленности отечественные и зарубежные исследователи и разработчики уделяли большое внимание. Это касалось в том числе и вопросов математического моделирования физико-химических процессов в энергетических установках (В.Н. Воронов, В.И. Горбуров, В.М. Зорин, К.Н. Проскуряков и др.), создания математических моделей процессов, аппаратов и энергоустановок для разработки тренажеров и симуляторов (A.C. Рубашкин, С.И. Магид, A.C. Рыжков, В.А. Старшинов,

A.И. Пойдо и др.), создания математических моделей в целях прогнозирования работы отдельных технологических схем электростанций (водоподготовка, водно-химический режим и др.) энергоустановок (В.К. Паули, В.Н. Воронов, Б.М. Ларин и др.), изучения и математического описания свойств рабочих тел теплоэнергетических установок (A.A. Александров, К.А. Орлов, В.В. Алтунин, JI.P. Фокин и др.), изучения и оптимизации циклов паротурбинных, газотурбинных и парогазовых установок (A.A.Александров, B.C. Охотин, В.Д.Буров, С.В.Цанев, Н.Я.Филатов,

B.Н. Масленников и др.), расчетов процессов водоподготовки на электростанциях (A.B. Богловский, Б.Е. Рябчиков, В.В. Солодянников и др.), создания атласов энергетического оборудования, включая и электронных (А.Д. Трухний, H.A. Зройчиков, Б.В. Ломакин, А.Н. Троицкий, В.Г. Грибин и др.) и других вопросов. Наработан практический опыт создания сайтов в Интернете для поддержки энергетической отрасли и научных исследований в этом направлении (примеры -www.thermophysics.ru,www.edata-center.com,www.ntd.elektra.ru и др.). Большое внимание уделяется использованию современных программных средств и, в частности, математических пакетов для решения научно-технических задач, в том числе и в энергетике (В.П. Дьяконов, Р.И. Ивановский, Д.А. Гурский, А.П. Солодов и др.).

На сегодняшний день существует большое количество и других разработок, связанных с использованием информационных технологий в энергетике. Более подробный обзор литературы по этой тематике автор открыл на сайте http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/dis/sim.html. Однако следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев эти разработки позволяют решить некоторые, хотя и очень важные, но по многим параметрам частные задачи.

Весьма актуальной в этом плане является задача создания научно-методических основ комплексного решения проблем, энергетики на базе современных информационных технологий и выработка рекомендаций по их использованию в процессе проектирования энергетического оборудования и его эксплуатации. Экономичная, надежная и экологически чистая эксплуатация энергетического оборудования требует постоянно высокой поддерживаемой квалификации персонала электростанций. Создание широкой серии тренажеров, обучающих и контролирующих программ для различных категорий персонала - сегодня наиболее эффективный метод решения поставленной задачи. Таким образом, актуальность перечисленных выше проблем определена как нынешним этапом развития энергетики, так и возможностями новых информационных технологий.

Цель данной работы - обобщение как собственных разработок автора, так и разработок, выполненных в соавторстве, позволивших комплексно подойти к решению задач по конкретному энергетическому объекту или по озаглавленной проблеме в целом. В докладе даны примеры решения такого рода задач, наиболее полно отображенных в компьютерной «Электронной энциклопедии энергетики» (www.trie.ru).

Новизна работы

Новизна данной работы заключается в создании научно-технических и организационных основ сетевой и несетевой интерактивной информационной поддержки энергопредприятий, энергообъединений и энергохолдингов, а также малого и среднего бизнеса в энергетике при проектировании, эксплуатации, сервисном и ремонтном обслуживании энергетического оборудования.

Задачи работы

1. Разработка и пуск в эксплуатацию сервера в Интернете (www.wsp.ru), обеспечивающего проектные, научно-исследовательские, сервисные и ремонтные организации энергетического профиля и сами энергопредприятия и энергообъединения программными модулями для выполнения расчетов по свойствам основных рабочих тел паротурбинных, газотурбинных и парогазовых энергоблоков в широком диапазоне рабочих параметров.------

2. Разработка электронных сетевых интерактивных аналогов типовых энергетических характеристик (ТЭХ) основного теплосилового оборудования электростанций, переводящих анализ работы оборудования на уровень экспертной системы с открытым удаленным доступом.

3. Создание математического аппарата и набора функций (программных модулей и электронных шаблонов) для трансформации формул, графиков, номограмм и таблиц по технической термодинамике, процессам тепло- и массообмена, свойствам конструкционных материалов энергетики и др. в электронные сетевые интерактивные аналоги справочной базы теплотехники и теплоэнергетики.

4. Создание математических моделей ионного обмена, являющегося основным физико-химическим процессом водоподготовки на тепловых электростанциях, а также анализ схем организации водно-химического режима энергоблоков и технологии подготовки добавочной и подпиточной воды, включая статистику основных нарушений; разработка и реализация математических и логико-ситуационных моделей с целью создания комплекса тренажеров для персонала электростанций.

5. Разработка и ввод в эксплуатацию гибрида сетевого и DVD-ROM интерактивного атласа векторных чертежей и трехмерных моделей основного и вспомогательного оборудования электростанций с его частичной анимацией, интерактивным управлением через Интернет, а также описательной и расчетной поддержкой.

6. Разработка научных основ создания и функционирования галереи видеофрагментов и фотоматериалов по основным эксплуатационным и ремонтным работам на энергопредприятиях для участков, связанных с повышенной вероятностью возникновения аварийных ситуаций или нарушений техники безопасности, в целях использования ее для обучения, контроля знаний и проведения конкурсов профессионального мастерства персонала энергопредприятий.

7. Разработка и внедрение в энергопредприятиях и учебных заведениях энергетического профиля компьютерной «Электронной энциклопедии энергетики» (www.trie.ru), включающей в себя как основные сведения по тепловым электростанциям, так и современные дидактические средства и приемы мультимедиа на базе инструментальной компьютерной оболочки ТВТ Shell.

Ha защиту выносятся

• Результаты научно-методических работ и практических разработок по созданию и внедрению «Электронной энциклопедии энергетики».

• Результаты теоретических исследований и практического внедрения аппаратно-программных средств (сервера), осуществляющих в on-line режиме информационное и расчетное обслуживание пользователей энергетических предприятий и энергообъединений.

• Обобщенные результаты теоретических и прикладных исследований по созданию математических моделей химико-технологических процессов, аппаратов и технологий, используемых в химических цехах тепловых электростанций, реализованных в виде открытых в Сети расчетных документов и тренажеров для персонала энергопредприятий, а также электронные материалы по технике безопасности на энергопредприятиях.

Практическая ценность работы

Настоящее исследование позволило создать сервер в Сети Интернет с открытыми расчетами в теплоэнергетической области, используемый научно-техническим и инженерным персоналом энергетики, комплекс тренажеров для персонала электростанций, а также «Электронную энциклопедию энергетики», внедренную в более чем на 300 энергопредприятиях, энергообъединениях и учебных заведениях. Практическая ценность работы также отображена в семи информационных письмах РАО «ЕЭС России», официальных и частных отзывах на различных форумах, открытых в Интернете и в других информационных источниках.

Достоверность результатов работы

Основные научные положения, изложенные в докладе, достаточно полно обоснованы экспериментальными и промышленными данными. Результаты аналогичных исследований других авторов хорошо согласуются с результатами, представленными в данной работе. Открытые в Сети информационные ресурсы перманентно, в режиме on-line подвергаются тестированию специалистами-энергетиками, что позволяет оперативно вносить в них изменения и дополнения.

Результаты диссертации, изложенные в более чем 100 печатных работах, были доложены на вузовских, отраслевых, всероссийских и международных научно-технических конференциях и легли в основу 15 монографий, одна из которых издана на английском языке в издательстве Шпрингер (www.springer.de).

Выводы:

1. Разработан и введен в эксплуатацию комплекс программ для расчета свойств воды, водяного пара, воздуха и продуктов сгорания энергетических топлив, что составляет компьютерную информационную базу термодинамических свойств рабочих тел в различных теплоэнергетических расчетах, выполняемых в системах Mathcad, Excel и на различных языках программирования. Использование комплекса возможно в виде компьютерного справочника, встраиваемых в программы потребителя модулей, а также в открытых расчетах в Интернет (www.wsp.ru).

2. Разработан и введен в эксплуатацию расчетный сервер www.vpu.ru/mas с постоянно расширяющимся, тестируемым и сертифицируемым набором задач, предназначенных как для решения научно-технических проблем энергетики, так и для обучения.

3. Разработаны научные основы и концепция моделирования работы водно-химического и водоподготовительного оборудования электростанций, базирующиеся на взаимодействии математической и технологической моделей с применением специального макроязыка, разработанного под руководством автора.

4. Разработана математическая модель процесса ионного обмена. Решение соответствующих уравнений методом характеристик доведено до практического использования в сети Интернет.

5. Разработана идеология и конкретная реализация комплекса программ по видеосюжетам по технике безопасности и системы заказов-нарядов энергопредприятий.

6. Создана система интерактивных сетевых расчетов основных технологических процессов производства тепловой энергии.

7. Создана система интерактивного сетевого доступа к типовым энергетическим характеристикам турбоагрегатов.

8. Разработана научная база и идеология создания и наполнения интерактивного сетевого атласа основного оборудования тепловых электростанций.

9. Созданы тренажеры по технике безопасности для сквозной смены тепловой электростанции, позволяющие проводить комплексные тренировки по ликвидации нарушений в работе энергопредприятий.

Содержание диссертации представлено в следующих основных публикациях:

1. К механизму влияния магнитной обработки воды на процессы накипеобразо-вания и коррозии / О.И. Мартынова, A.C. Копылов, Е.Ф. Тебенихин, В.Ф. Очков Теплоэнергетика. - 1979. - N2 б. - С. 67-69.

2. Расчет противонакипной эффективности ввода затравочных кристаллов в теплоэнергетических установках / Мартынова О.И., Копылов A.C., Кашинский В.И., Очков В.Ф.// Теплоэнергетика. - 1979,- № 9.- С. 21-25.

3. К механизму влияния магнитной обработки воды на процессы накипеобразо-вания и коррозии / Мартынова О.И., Копылов A.C., Тебенихин Е.Ф., Очков В.Ф. Теплоэнергетика. - 1979. - № 6. - С. 67-68.

4. Эффективность снижения накипеобразования в термических опреснителях / Мартынова О.И., Копылов A.C., Кашинский В.И., Очков В.Ф. // VII Международная конференция «Пресная вода из моря»: Тр. конф. - 1980. - Том. 1. - С. 399405 (на англ. языке).

5. A.C. № 924469 СССР, МКИ В 23 39/00. Способ работы аммиачной холодильной установки / Медникова Н.М., Копылов A.C., Очков В.Ф. и др. Приоритет от 4 января 1980 г.

6. Очков В.Ф. Расчет технологических процессов водоподготовки с использованием персональных компьютеров. - М.: Издательство МЭИ 1990. - 102 е.: ил.

7. Мартынова О.И., Никитин A.B., Очков В.Ф. Водоподготовка: Расчеты на персональном компьютере. - М.: Энергоатомиздат: 1990. - 216 е.: ил.

8. Обучающий, контролирующий и тренажерный автоматизированный комплекс для персонала химических цехов ТЭС и АЭС / JI.A. Зайцева, A.C. Копылов, A.B. Очков, В.Ф. Очков и др. /I Вестник МЭИ -1995. -№ 5. - С. 15-48.

9. Тренажер персонала химцехов ТЭС и АЭС «Известкование и коагуляция воды в осветлителе» / A.B. Очков, В.Ф. Очков, А.П. Пильщиков и др. // Теплоэнергетика. - 1997. - № 6. - С. 23-25.

10. Очков A.B., Очков В.Ф., Рахаев М.А. Новая концепция и новая среда разработки мультимедийных электронных учебников для подготовки персонала химических цехов электрических станций // Теплоэнергетика. - 1998. - № 10. - С. 53-58.

11. Тренажеры аппаратчика водоподготовки электростанции / М.А. Рахаев, A.B. Очков, В.Ф. Очков и др. // Теплоэнергетика. 1998. - № 7. - С. 68-72.

12. Очков В.Ф. Раздел 5.5.2. «Решение инженерно-технических задач в среде Mathcad» справочника «Теплоэнергетика и теплотехника» Т. 1 Общие вопросы./ Под общей ред. A.B. Клименко и В.М. Зорина. - 3-е изд., перераб. - М.: Издательство МЭИ - 1999. - 528 е.: ил. ISBN 5-7046-0512-5 (кн. 2).

13. Очков В.Ф., Утенков В.Ф., Орлов К.А. Теплотехнические расчеты в среде Mathcad // Теплоэнергетика. - 2ООО. 2. - С. 73-78.

14. Вариантные подходы к моделированию аварийных ситуаций в компьютерных программах-тренажерах (на примере "Энциклопедии физико-химических технологий ТЭС) / В.Ф. Очков, A.C. Копылов, В.А. Федотова и др. // Теплоэнергетика. -2000.-№9.-С. 38-42.

15. Ситуационный тренажер по ликвидации нарушений водно-химического режима ТЭЦ с турбинами Т-100-130 / A.C. Копылов, В.Ф. Очков, Н.Ю. Певнева и др. // Новое в российской электроэнергетике. - 2000. - №8,- С. 32-36.

16. Сандуляк A.B., Саккани С., Очков В.Ф. Критическая скорость в магнитном фильтре. // VII Международная конференция «Многофазные потоки в промышленности»: Тр. конф. - Болонья, Италия. - 2000. - С 157-164 (на англ. языке).

17. Автоматизированная технология противоаварийных тренировок при нарушении водно-химических режимов блочных станций / A.C. Копылов, В.Я. Каплина, В.Ф. Очков и др. // Вестник МЭИ - 2002. - № 2. - С. 22-28.

18. Предварительная очистка воды в схемах водоподготовки / A.B. Богловский, A.C. Копылов, В.Ф. Очков и др. - М.: Издательство МЭИ - 2002. - 72 с.: ил.

19. Анализ изотерм ионного обмена с использованием пакета Mathcad / В.Ф. Очков, А.П. Пильщиков, А.П. Солодов и др. // Теплоэнергетика. - 2003. - № 7. - С. 13-18.

20. Копылов A.C., Лавыгин В.М., В.Ф. Очков Водоподготовка в энергетике. -М.: Издательство МЭИ - 2003. - 309 е.: ил. ISBN 5-7046-0922-8.

21. Очков В.Ф., Кауркин В.Н., Писков В.Н. О развитии методов изучения энергооборудования с помощью средств компьютерной графики // Международная конференция "Информационные средства и технологии": Тр. конфер. М.: Издательство МЭИ- 2004. - Том. 2. -С. 71-74.

22. Химический анализ в теплоэнергетике: Титриметрический и гравиметрический методы анализа / В.Н. Кулешов, Ю.А. Морыганова, В.Ф. Очков и др.; по общ. редакцией В.Ф. Очкова. - М.: Издательство МЭИ - 2004. - 128 е.: ил. ISBN 57046-1171-0.

23. Александров A.A., Орлов К.А., В.Ф. Очков Исследование схем парогазовых установок с впрыском водяного пара в газовый гракт на основе разработанных прикладных программ по свойствам рабочих тел ПТУ // Новое в российской электроэнергетике. - 2004. - № 4. - С. 28-37.

24. Очков В.Ф. Открытые расчеты процессов водоподготовки в Интернете // Энергосбережение и водоподготовка. - 2004. - JT® 3. - С. 72-73.

25. Солодов А.П., Очков В.Ф. Дифференциальные модели. Введение с Mathcad. Издательство Шпрингер, 2004. - 232 с. ISBN: 3-540-20852-6 (на англ. языке).

26. Очков В.Ф. Математические пакеты и сайты учебной направленности в Интернете. Глава 14 монографии «Информатизация образования: направления, средства, технологии: Пособие для системы повышения квалификации» / Под общ. ред. Маслова С.И. (глава 14 -М.: Издательство МЭИ - 2004 - 168 е.: ил.).

27. Александров А.А, Очков В.Ф., Орлов К.А. Уравнения и программы для расчета свойств газов и продуктов сгорания // Теплоэнергетика. - 2005. - № 3. - С. 4855.

28. Очков В.Ф., Кауркин В.Н., Писков В.Н. Применение новых возможностей графической оболочки TWT Shell для изучения энергооборудования. // Международная научно-практическая конференция «Информационные средства и технологии»: Тр. конфер. - М. - 2005. - Том 2. - С. 111-113.

29. Очков В.Ф., Осипов О.Г., Волокитин М.В. Новые подходы при публикации в корпоративной сети энергетики отраслевых стандартов и других руководящих документов с расчетной составляющей // Новое в российской электроэнергетике. -2005. -№ 10.-С.26-30.

30. Очков В.Ф. Теплотехнический справочник в Интернете II Новое в российской электроэнергетике. - 2005. - № 5. - С. 48-54.

31. Александров A.A., Орлов К.А., Очков В.Ф. Математические пакеты - новые подходы при расчетах процессов термодинамики и других научных дисциплин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2005. - № 11-12. - С. 80-87.

32. Использование компьютерной программы «Видеосюжеты по технике безопасности и нарядной системе на электростанции» при проведении соревнований оперативного персонала блочных ТЭС Мосэнерго / С.А. Пронин, Г.Х. Галиуллин, Г.Ю. Кондакова, К.А. Орлов, A.B. Очков, В.Ф. Очков // Вестник МЭИ - 2005. -№5.-С. 54-60.

33. Очков В.Ф., Пильщиков А.П., Чудова Ю.В. Открытые расчеты по ионитам // Энергосбережение и водоподготовка. - 2006. -№ 1. - С. 15-17.

34. Грибин В.Г., Очков В.Ф. Корпоративный атлас энергетического оборудования: проблемы и решения // Новое в российской электроэнергетике. - 2006,- № 2. С. 42-49.

35. Очков В.Ф. Магнитная обработка воды: история и современное состояние // Энергосбережение и водоподготовка. - 2006. - № 2. С. 12-17.