Моделирование хаотического процесса при стендовых испытаниях элементов привода

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070

Серия: Технология бизнеса и сервиса. 2016. Т. 2. № 1 (7). С. 51-56.

©А.В. Леонов, 2016

УДК 531.19; 534.1; 62-233

И.О. Лесовский

Студент 5 курса С.Л. Заярный

к.т.н., доцент КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана Г. Калуга, Российская Федерация

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАОТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА

Аннотация

Приведена конструкция стенда для исследования долговечности соединений элементов привода. Стенд располагает механизмами механических взаимодействий, трансформирующими его структурную схему в осциллятор хаотического движения.

Ключевые слова

Моделирование, долговечность, случайный процесс, стендовые испытания.

Развитие новой техники требует более глубокого понимания физических особенностей работы проектируемых конструкций в реальных условиях. Получение достоверных результатов, возможно только при исследовании систем в условиях приближенных к реальным условиям их функционирования. Моделирование таких условия, может быть реализовано в стенде для исследования долговечности соединений элементов привода (рис.1). Конструкция стенда предполагает формирование хаотического внешнего воздействия на исследуемые элементы привода, что наилучшим образом соответствует условиям их работы. Возможности реализации условий формирование хаотического внешнего воздействия и обосновывается в настоящей работе. Функциональная схема стенда в линейной форме представлена на рис. 2. Наличие четырех степеней свободы предполагает возможность возникновения в динамической системе стенда хаотического колебательного процесса при определенных условиях ее эволюции [1].

Рисунок 1 - Стенд для исследования долговечности соединений элементов привода

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

По принципу организации в структурной схеме стенда можно выделить глобальную и локальные составляющие.

Рисунок 2 - Структурная схема стенда

Глобальная составляющая силовой цепи стенда определяется системой уравнений [2]

1)

где 5 - дельта функция.

Локальные составляющие обуславливаются движение дискретного элемента массой т7 (рис. 2) [3]

m

Zj + 2сг7- = FjSign^Zj - Xj)

2)

где — (Ji.fi тр ~ сила стохастического возбуждения, определяемая случайным характером усилия прижатия каната Qi и коэффициента трения /тр.

2

Это уравнение соответствует уравнению линейного осциллятор X + 28.Х + 00 X = 2,(/) подверженного случайному воздействию ) . Такой линейный осциллятор можно рассматривать как

преобразователь случайного процесса ) в новый случайный процесс X (?).

Существенной особенностью нелинейных механических систем (1) является возможная неустойчивость решений, т.е. формальная возможность существования нескольких решений, характеризующих состояние системы при заданных значениях ее параметров и параметров возмущающего воздействия. Поэтому, при исследовании колебаний таких систем возникает проблема оценки возможности существования нескольких их состояний. Отбор действительно реализуемых состояний, оценка вероятности появления того или иного состояния, сказывается на достоверности реализуемой динамической системы [4].

Помимо рассмотренного выше преобразователя стохастичности системы (2) существуют динамические системы, которые являются усилителями или генераторами стохастичности.

Усилитель стохастичности отличается от преобразователя стохастичности коэффициентом усиления. Если этот коэффициент очень велик, то стохастичность выхода уже не поддается контролю, поскольку требует недоступной точности учета входных случайных воздействий. Пример такого типа, это пороговый элемент, вход ^ которого связан с входом Ъ зависимостью вида

Л =

+1 при ^ > 0, 0 при ^ < 0.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070_

Этот пороговый преобразователь сколь угодно малый случайный процесс ¡(t) с математическим

ожиданием M ¡ = 0 и дисперсией D= 1 преобразует в случайную последовательность из +1 и 0.

Из сравнения (2) и характеристики порогового преобразователя очевидно идентичность

Соотношение (2) без правой части представляет собой консервативный осциллятор с фазовым портретом в виде вложенных друг в друга замкнутых кривых (рис. 3).

Рисунок 3 - Фазовый портрет линейного осциллятора

При сколь угодно малых случайных воздействиях фазовая точка начнет блуждать с одной замкнутой фазовой кривом на другую и ее общее перемещение со временем может стать любым. Усиление малого случайного воздействия до конечного и даже большого перемещения здесь происходит за счет эффекта «накопления возмущении».

Особенностью генератора стохастичности случайность является то, что функция его выхода не исчезает по мере исчезновения случайной составляющей входа. Стохастические характеристики его выхода пренебрежимо мало зависят от достаточно малых случайных входных воздействий и целиком определяются динамическими свойствами системы.

Так линейный осциллятор с отрицательным трением и ударами, являющийся генератором стохастичности, описывается дифференциальным уравнением вида [1],

X - 2Ъх + ()SqX = ~YjP^>{t -1$),

где

ts,

последовательные моменты времени, в которые

1 = 0и1>а>0.

Из сравнения (2) и линейного осциллятора с отрицательным трением и ударами очевидна идентичность

-*/)<=> "/у).

Еще одной особенность системы рис.2, провоцирующей возникновение хаотических колебаний является наличие демпферов сухого трения, что определяет возможность изменения в процессе колебаний структуры системы, обусловленную блокированием (залипанием) демпферов. Блокирование возникает в тех случаях, когда динамические реакции связей в системе меньше сил сухого трения.

Из проведенного анализа видно, что рассматриваемая структурная схема стенда рис.2 располагает «механизмами» трансформирующими ее в осциллятор хаотического движения, что обеспечивает эффективность проводимых на стенде исследований. Список использованной литературы:

1. Наймарк Ю. И., Ланда П. С. Стохастические и хаотические колебания.-М.: Наука. Физ.-мат. лит., 1987.424 с..

2. Паршаков А. Н. Современное введение в физику колебаний: учебное пособие/ А. Н. Паршаков-

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070

Долгопрудный: Издательский Интеллект». 2013.-240 с.

3. Гуляев В. И., Баженов В. А., Попов С. Л. Прикладные задачи теории нелинейных колебаний механических систем: Учеб, пособие для втузов/ В. И. Гуляев, В. А. Баженов, С. Л. Попов .-М.: Высш. шк., 1989.-383 с.: ил.

4. Гусев А. С. Вероятностные методы в механике машин и конструкций. учеб. пособие/ А. С. Гусев4 под ред. В. А. Светлицкого.- М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2009. -224 с.

© Лесовский И.О., Заярный С.Л., 2016

УДК 621.31

Л.С.Максютова

Бакалавр 4 курса Факультета трубопроводного транспорта ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

г.Уфа, Российская Федерация

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОМЫСЛОВ

Аннотация

Рассмотрены варианты источников и систем теплоснабжения наземной инфраструктуры нефтегазовых промыслов. Оптимизация источника выполнена индивидуально для зданий разного назначения. Проведено технико-экономическое обоснование предложенных решений для условий Майского нефтяного месторождения ХМАО.

Ключевые слова

Теплоснабжение, попутный нефтяной газ, теплый пол, лучистое отопление

Наиболее распространенным способом теплоснабжения удаленных нефтегазовых промыслов является электрическое отопление [2, с.134]. В северных условиях тариф на энергию, приобретаемую от источников энергосистемы страны, составляет 1,82 - 2,20 руб/кВт-ч. Это определяет себестоимость тепловой энергии на уровне 2000 руб/Гкал, что является причиной повышенных затрат на теплоснабжение объектов.

Как правило, месторождения нефти кроме основного продукта добывают попутный нефтяной газ (ПНГ). В соответствии с ежегодной отчетностью, на разных месторождениях России последние годы сжигается от 5% до 25% ПНГ. При сжигании попутного нефтяного газа на факеле происходят потери не только ценного углеводородного сырья, но и наносится заметный ущерб окружающей среде в виде загрязнения пылью, сажей, токсичными составляющими, а также в виде теплового загрязнения. На сегодняшний день известно большое количество способов использования ПНГ [1, с.383] в промысловом хозяйстве.

Предлагаются альтернативные системы теплоснабжения, оптимизирующие годовые затраты нефтепромысловых объектов.

1 Установка ГПУ ТЭЦ на ПНГ для выработки собственной электроэнергии для промысловых нужд.

Для генерации электроэнергии на собственные нужды на промыслах рекомендуется использовать собственные генерирующие мощности. Одним из решений является, например, использование газопоршневой установки ГПУ Оа2Бсо8, работающей на собственном ПНГ после блока подготовки газа. Это позволит полезно использовать ПНГ, повысить коэффициент утилизации попутного газа. Экономический эффект от предложенного мероприятия определяется не только снижением затрат на приобретение энергоносителей у сторонних поставщиков. Не секрет, что приборный учет количества факельного газа на большинстве промыслов не налажен, и его количество рассчитывается балансовым методом исходя из показаний расходомеров газа на газовых сепараторах и удельного потребления газа технологическим промысловым оборудованием. Это приводит к необходимости применять повышающий коэффициент 120 к тарифным ставкам на загрязнение окружающего атмосферного воздуха. Таким образом, повышение процента утилизации ПНГ приводит к существенному снижению платы за сверхнормативные выбросы.