Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XLVII Международной научно-практической конференции «Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований» (Россия, г. Новосибирск, 24 января 2022 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Энергетика и энергетические техника и технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Петров А.М. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОДНОФАЗНЫХ ПОТОКОВ НАРУЖНЫХ СЕТЕЙ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ // Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований: сб. ст. по матер. XLVII междунар. науч.-практ. конф. № 1(39). – Новосибирск: СибАК, 2022. – С. 83-89.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
Диплом лауреата

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОДНОФАЗНЫХ ПОТОКОВ НАРУЖНЫХ СЕТЕЙ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Петров Алексей Михайлович

канд. техн. наук, кафедра информационных систем и технологий, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Заполярный государственный университет им. Н.М. Федоровского»,

РФ, г. Норильск

PROJECTING A LABORATORY STAND FOR RESEARCHING THERMODYNAMIC PROCESSES OF SINGLE-PHASE FLOWS OF STREET HEAT SUPPLY NETWORKS

 

Alexey Petrov

Candidate of Science, Department of Information Systems and Technologies, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Polar State University named after N.M. Fedorovsky ",

Russia, Norilsk

 

АННОТАЦИЯ

Предложен концепт-продукт лабораторного стенда для исследования термодинамических процессов однофазных потоков, протекающих в сетях наружного теплоснабжения Приведен обзор современных технических решений, которые применяются при диагностике сетей теплоснабжения. Описаны способы «переноса» особенностей функционирования сетей теплоснабжения при проектировании лабораторного стенда с учетом максимальной симуляции термодинамических процессов. предложена модель лабораторного стенда для исследования термодинамических процессов однофазных потоков наружных сетей теплоснабжения.

ABSTRACT

A concept product of a laboratory stand for the study of thermodynamic processes of single-phase flows occurring in outdoor heating networks is proposed. An overview of modern technical solutions that are used in the diagnosis of heat supply networks is presented. Methods of "transfer" of the peculiarities of the functioning of heat supply networks in the design of a laboratory stand, taking into account the maximum simulation of thermodynamic processes, are described. a model of a laboratory stand for the study of thermodynamic processes of single-phase flows of external heat supply networks is proposed.

 

Ключевые слова: однофазный поток; термодинамические процессы; лабораторный стенд; теплоснабжение; S-модель; MATLAB; конструктор нейронных сетей.

Keywords: single-phase flow; thermodynamic processes; laboratory stand; heat supply; S-model; MATLAB; neural networks constructor.

 

Введение

Развитие измерительно-вычислительных комплексов для систем теплоснабжения ставит проблемы перед инженерами-теплоэнергетиками, обслуживающим персоналом и иными работниками, связанными с системами теплоснабжения, но и перед образовательным процессом подготовки квалифицированных инженерных кадров в высших учебных заведениях.

Данные проблемы связаны непосредственно с опережающим развитием технологий в данной отрасли, относительно подобных технологий, заложенных в основы лабораторных стендов. Иными словами, в университетах лабораторные стенды устаревают быстрее морально, чем физически. Логично, что при наличии у высшего учебного заведения некоего универсального лабораторного оборудования, подготовка квалифицированных кадров будет происходить корректнее и разрыв между профессиональными компетенциями, связанными с эксплуатацией измерительно-вычислительных комплексов на предприятии и этими же профессиональными компетенциями в университетской среде может быть сокращен.

Создание подобного стенда, ввиду исследовательского направления работы автора статьи, будет рассматриваться в рамках паспорта научной специальности 2.1.3. «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение», в области создания и развития эффективных методов расчета и экспериментальных исследований систем теплоснабжения.

Аналитический обзор современных технических решений

Проведём обзор современных технических решений, которые применяются при диагностике сетей теплоснабжения их устройств и оборудования, как в России, так и за рубежом.

В статье [1] научный коллектив авторов поставил перед собой проблему определения расположения скрытых трубопроводов и их диагностики на целостность. Для решения данной проблемы был сконструирован измерительно-вычислительный комплекс диагностики, принцип действия которого основывался на вычислении разности акустических сигналов. Делается акцент, что для разного диаметра труб характерен разный тип сигналов.

В статье [2] была разработана компьютерная программа для работы с контроллером ECL 210, который исполнял функцию регулятора системы. Однако, необходимо отметить отдельно, что особенности работы компьютерной программы заключались в использовании выведенных автором зависимостей между тепловой энергией, температурой теплоносителя и его расходом. В результате, при использовании данной разработки в лабораторных условиях, было зафиксировано увеличение общей эффективности системы теплоснабжения.

Углубившись в сторону разработки специализированного программного обеспечения для диагностики систем теплоснабжения, необходимо рассмотреть статью [3]. В данной статье коллектив авторов представил алгоритмы технической диагностики для всех инженерных систем централизованного снабжения, которые входят в состав топливно-энергетического комплекса. Логика данной работы заключалась в том, что поскольку конструкция и особенности построения систем электроэнергетики, тепло-, водо- и газоснабжения, а также систем отопления, вентиляции и кондиционирования одинаковы, то существуют некие принципы универсальности в их исследовании. При этом отмечается, что среди анализируемых систем ключевыми являются трубопроводные системы тепло-, водо-, газоснабжения. Ввиду их многообразия и динамики развития, собирать данные для создания корректирующих алгоритмов затруднительно, а получаемая точность мала. Стоит отметить, что в данном исследовании не применял искусственные нейронные сети и технологии компьютерного зрения, использование которых теоретически может повысить эффективность представленных алгоритмов и позволит не только осуществлять диагностику системы, но и прогнозировать ее развитие, в зависимости от моделируемых (поставленных) условий.

В работе [4] научный коллектив поставил перед собой задачу обучить нейронную сеть на поиск дефектов трубопровода с помощью глубокого анализа акустического сигнала. Побочным результатом исследования, стала также возможность определения размеров дефекта трубы акустическим методом.

Разработанный диагностический комплекс напоминает разобранный нами ранее комплекс, для определения целостности трубопроводов [6]. В его основе также заложены датчики для приема акустических сигналов и аналого-цифровой преобразователь, но что отличает данный комплекс, так это наличие персонального компьютера с программным обеспечением для записи и обработки акустических сигналов, а также компьютерная программа искусственной нейронной сети, обученная на акустической базе данных.

Как можно заметить, наличие адекватной базы данных, взятой непосредственно с производственного, а не лабораторного испытания, позволит значительно эффективней распорядиться имеющимися данными.

Проектирование лабораторного стенда

Резюмируя все вышеизложенное можно прийти к ряду выводов:

  1. Лабораторный стенд должен обладать широким разнообразием датчиков.
  2. Лабораторный стенд должен имитировать максимально возможное количество процессов.
  3. Лабораторный стенд должен вносить показатели с датчиков в собственную базу данных.
  4. Лабораторный стенд должен обладать собственным программным обеспечением, особенностью которого является возможность обучающемуся кадру вносить правки в программный код и/или производить процесс самообучения программного обеспечения.

Вкратце это означает, что лабораторный стенд для исследования термодинамических процессов однофазных потоков наружных сетей теплоснабжения должен быть с максимально возможным количеством датчиков (измеряющих процессы в наружных сетях теплоснабжения), собственным конструктором искусственных нейронных сетей.

Подобный лабораторный стенд был спроектирован и представлен на рисунке 1:

 

1 – Труба с входным/выходным отверстием под наклоном 450; 2 – Труба под наклоном 450;3 – Горизонтальная труба;4 – П-образный переход;5 – Г – образный переход;6 – Вертикальная труба;7 – Труба с входным/выходным отверстием под наклоном 900;8 –   Комплекс устройств: датчик температуры, вибрации, давления, скорости потока; web-камера; осветительное устройство.

Рисунок 1. Лабораторный стенд для исследования термодинамических процессов однофазных потоков наружных сетей теплоснабжения

 

Как можно видеть данный лабораторный стенд имитирует все конструкционные особенности систем наружного теплоснабжения, указанные в [5]. Для подтверждения работоспособности стенда он был реализован в среде MATLAB в виде S-модели (рисунок 2):

 

Рисунок 2. S-модель лабораторного стенда для исследования термодинамических процессов однофазных потоков наружных сетей теплоснабжения

 

Ключевым звеном подобного стенда является комплекс устройств «8», включающий в себя датчик температуры, вибрации, давления, скорости потока для формирования информационного потока в базу данных, а также web-камеру и осветительное устройство, которые осуществляют съемку движения однофазного потока в трубопроводе стенда. Сам стенд будет выполнен из прозрачного оргстекла. Таким образом будет создаваться как база данных по однофазному потоку внутри стенда, так и визуализация его поведения.

Специально разработанное для этого программное обеспечение (конструктор нейронных сетей) позволит соотнести получаемую базу данных с визуализацией движения однофазного потока.

Заключение

Таким образом обучающиеся будут работать не конкретно с «обезличенными» показаниями датчиков, но также и с их визуализированными образами. Ввиду этого снимается обозначенная в начале статье «проблема» отставания профессиональных компетенций на предприятии и в образовательным учреждении, поскольку подобный стенд позволит работать непосредственно с фундаментальными основами измерительно-вычислительных комплексов.

 

Список литературы:

  1. Гапоненко С. О. Измерительно–диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. – 2013. – №3–4. – С. 138–141.
  2. Кузнецов Р.С. Средства мониторинга, управления и диагностики систем автоматического погодного регулирования теплоснабжения // НиКа. – 2016. – № 2. – С.112–117 .
  3. Сазонова С.А. Разработка методов и алгоритмов технической диагностики и обеспечение безопасности систем пожаротушения, тепло-, водо-, газоснабжения и промышленных технологических трубопроводов // Современные проблемы гражданской защиты. – 2017. –№2 (23). – С.40–45.
  4. Петрушенко Ю.Я. Виброакустический способ и диагностический комплекс для определения дефектов трубопроводов с использованием нейронной сети // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. – 2009. –№9–10. – С.67–71.
  5. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003: СП 124.13330.2012/Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. [СПб] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200095545 (дата обращения: 13.12.2021)
  6. Федяев К. В. Контрольно-диагностический комплекс для контроля повреждений и состояния изоляции трубопроводов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. – 2006. – №11 (66). – С. 140 – 142.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
Диплом лауреата

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.