ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВСКИПАНИЯ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ 

Нефедьев Дмитрий Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), iit@pnzgu.ru
Кривулин Николай Петрович, кандидат технических наук, доцент, кафедра высшей и прикладной математики, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), krivulin@bk.ru
Маланин Владимир Павлович, кандидат технических наук, инженер-электроник, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), ait@pnzgu.ru
Кикот Виктор Викторович,  кандидат технических наук, начальник технологического бюро, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), inbox@post.su
Зверовщиков Анатолий Владимирович, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии машиностроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), tmspgu@mail.ru

681.586`326`773: 621.311.004

DOI

10.21685/2307-5538-2017-4-2

Актуальность и цели. При эксплуатации энергетических установок актуальна проблема прогнозирования, своевременного обнаружения и минимизации последствий воздействия дестабилизирующих факторов. Например, возрастание градиента температуры рабочей среды (теплоносителя, топлива, окислителя и пр.) с достижением температуры ее кипения сопровождается многократным увеличением давления и может стать причиной неконтролируемого (аварийного) режима эксплуатации энергетической установки. Объектом исследования являются процессы изменения акустического шума в диапазоне частот и температуры рабочей среды на протяжении времени от начальных стадий кипения до вскипания рабочей среды. Предмет исследования – способы определения вскипания рабочей среды. Целью работы является исследование возможностей прогнозирования вскипания рабочей среды для предотвращения аварийных режимов эксплуатации энергетических установок с использованием пьезоэлектрических датчиков акустического давления.
Материалы и методы. При математическом моделировании процесса эксплуатации пьезоэлектрических датчиков при кипении рабочей среды использовались методы операционного исчисления. Для расчета значения прогнозируемой длительности времени до вскипания с использованием предлагаемой математической модели использовалось программное обеспечение MathCAD. В экспериментальных исследованиях использовались положения теории планирования эксперимента и принципы математической обработки результатов.
Результаты. Предложена методика прогнозирования вскипания рабочей среды для предотвращения аварийных режимов эксплуатации энергетических установок с использованием пьезоэлектрических датчиков акустического давления. Методика основана на анализе временных зависимостей значений выходных сигналов пьезоэлектрических датчиков информативных относительно акустического давления и температур пьезоэлементов датчиков. Изложены результаты экспериментов по определению временных зависимостей выходных сигналов датчиков.
Выводы. Использование предлагаемой методики способа позволит увеличить задел научно-технических решений, направленных на предотвращение аварийных ситуаций при эксплуатации энергетических установок.

Ключевые слова

прогнозирование, аварийный режим, эксплуатация энергетической установки, датчики акустического давления

 Скачать статью в формате PDF

1. Баринов, И. Н. Разработка и изготовление микроэлектронных датчиков давления для особо жестких условий эксплуатации / И. Н. Баринов, В. С. Волков, Б. В. Цыпин, С. П. Евдокимов // Датчики и системы. – 2014. – № 2. – С. 49–61.
2. Волков, В. С. Компенсация температурной погрешности чувствительности высокотемпературных полупроводниковых датчиков давления / В. С. Волков, И. Н. Баринов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2013. – № 1 (3). – С. 30–36.
3. Мокров, Е. А. Разработка высокотемпературных полупроводниковых датчиков давления / Е. А. Мокров, И. Н. Баринов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009. – № 1. – С. 23–27.
4. Коротких, А. Г. Основы гидродинамики и теплообмена в ядерных реакторах : учеб. пособие / А. Г. Коротких, И. В. Шаманин. – Томск : Изд-во Томск. гос. ун-та, 2007. – 117 с.
5. Левин, А. А. Применение преобразования Гильберта-Хуанга в задачах экспериментального изучения теплофизических процессов / А. А. Левин, В. А. Спиряев // Обобщенные постановки и решения задач управления : сб. тр. Междунар. симп. – М. :ФИЗМАТЛИТ, 2014. – С. 28–29.
6. Пат. 2065604 РФ, C1, МПК G01N29/02, A47J27/212. Способ определения момента закипания жидкости и устройство для его осуществления / Миллер А. А. ; заявл. 25.04.1994 ; опубл. 20.08.1996.
7. Кривцов, В. А. Высокотемпературные акустические датчики с органосиликатной изоляцией / В. А. Кривцов, Р. Ф. Масагутов. – Л. : Наука, 1982. – 167 с.
8. А. с. SU 1503502 A1, МПК G01N 29/02. Способ обнаружения кипения нагреваемой жидкости / Смирнов О. В., Ремизов Ю. А. ; № 4288911/28 ; заявл. 04.05.1987 ; опубл. 27.03.1997.
9. Преобразователи. Системы. Каталог ОАО «НИИФИ». – Пенза : Пензенская правда, 2011. – С. 70–98.
10. Кикот, В. В. Разработка электронного преобразователя для пьезодатчика динамического давления / В. В. Кикот, В. П. Маланин, А. С. Баранов // Приборы. – 2015. – № 10. –С. 10–16.
11. Бойков, И. В. Аналитические и численные методы идентификации динамических систем : монография / И. В. Бойков, Н. П. Кривулин. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2016. – 398 с.
12. Бойков, И. В. Математическая модель пьезодатчиков динамического давления / И. В. Бойков, Н. П. Кривулин, В. В. Кикот // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2016. – Т. 2. – С. 295–297.