Фактор надежности в задаче оптимального резервирования мощности в установках с газотурбинной надстройкой

запрашивание данных от удалённой стороны. К этому уровню относятся: ICMP, DVMRP, RSVP IGMP, RIP, RIP2, MARS, PIM.

Канальный уровень (link layer) описывает, каким образом передаются пакеты данных через физическую среду, включая кодирование (то есть специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных). Иногда, канальный уровень разделяют на 2 подуровня — LLC и MAC.

TCP/IP - это набор протоколов, которые позволяют физическим сетям объединяться вместе для образования Internet. TCP/IP соединяет индивидуальные сети для образования виртуальной вычислительной сети, в которой отдельные главные компьютеры идентифицируются не физическими адресами сетей, а IP-адресами.

В TCP/IP используется многоуровневая архитектура, которая четко описывает, за что отвечает каждый протокол.

Данные, перемещающиеся между двумя прикладными программами, работающими на главных компьютерах Internet, «путешествуют» вверх и вниз по стекам TCP/IP на этих компьютерах [4].

Литература

1. Internet protocol suite. [Electronic resource]. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite/ (date of access: 07.01.2017).

2. TCP. [Electronic resource]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/TCP/ (date of access: 30.09.2016).

3. IP. [Electronic resource]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/IP/ (date of access: 08.01.2017).

4. TCP/IP. [Electronic resource]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/TCP/IP/ (date of access: 08.01.2017).

RELIABILITY FACTOR IN THE PROBLEM OF OPTIMUM RESERVATION OF POWER IN INSTALLATIONS WITH THE GAS-TURBINE SUPERSTRUCTURE Ermolaev I.1, Ozerinnikova K.2 (Russian Federation) ФАКТОР НАДЕЖНОСТИ В ЗАДАЧЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ В УСТАНОВКАХ С ГАЗОТУРБИННОЙ

НАДСТРОЙКОЙ Ермолаев И. Д.1, Озеринникова К. В.2

'Ермолаев Илья Дмитриевич / Ermolaev Ilya — студент, кафедра промышленной теплоэнергетики; 2Озеринникова Ксения Владимировна / Ozerinnikova Ksenya - студент, кафедра теплоэнергетики, энергетический факультет, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А., г. Саратов

Abstract: in this work development of a method of calculation of reliability of work of boiler rooms with a gas-turbine superstructure with definition of an optimum reserve of power on the basis of technical and economic comparison of options is conducted, indexes of economic efficiency of the considered options are defined. Practical value consists in recommendations about design and parametrical execution of the scheme of a boiler room with a gas-turbine superstructure of the production enterprise in the light of optimum reservation ofpower.

Аннотация: в данной работе ведется разработка методики расчета надежности работы котельных с газотурбинной надстройкой с определением оптимального резерва мощности на основе технико-экономического сопоставления вариантов, определены показатели экономической эффективности рассмотренных вариантов. Практическая ценность заключается в рекомендациях по конструктивному и параметрическому оформлению схемы котельной с газотурбинной надстройкой промышленного предприятия в свете оптимального резервирования мощности.

Keywords: reliability factor, Copper, Turbin, GTU, State graph, Power engineering. Ключевые слова: фактор надежности, котел, турбина, ГТУ, граф состояния, энергетика.

Актуальность. Определяется государственной политикой России в области повышения эффективности энергоиспользования на промышленных предприятиях.

Объектом исследования является когенерационная установка производительностью 9,51 т/ч и 447 кВт, в номинальном режиме.

Затраты предприятия на покрытие нагрузок производства при работоспособном состоянии ГТУ состоят из затрат: на топливо в ГТУ И т, на дополнительную закупку энергоносителей у сторонних источников Идо п, на амортизацию И ам и обслуживание И 0, платы за выбросы П в.

При аварийном простое ГТУ предприятие вынуждено тратить средства на соответствующее восполнение потерь Иав, которые складываются из ущерба, наносимого предприятию при покупке у энергосистемы энергоносителей по высоким ценам и затрат на восстановительные работы по ремонту отказавшего оборудования. Ущерб и затраты на ремонт в общем случае складываются из суммы издержек, наносимых предприятию при нахождении ГТУ в различных аварийных состояниях [1].

Иав = 2 Т= и 1

где ^ср - средняя вероятность нахождения ГТУ в ^м аварийном состоянии;

т - количество аварийных состояний

<2 производительность ГТУ по к-му энергоносителю, закупаемому предприятием у сторонних источников при ^м состоянии;

I - количество к-х энергоносителей;

Цй, Цт - тарифы соответственно на к-й энергоноситель и топливо ГТУ; - затраты на ремонт отказавшего оборудования.

Энергетическое оборудование в течение принятого отчетного периода может находиться в работе Тр, резерве, на плановом обслуживании, среднем или капитальном ремонте и вынужденном простое тв п. Используя данные о времени этих состояний и количестве отказов, необходимо предварительно определить:

- среднюю наработку на отказ

- среднее время восстановления

- параметр потока отказов

- интенсивность восстановления

Т = —

П

Тв=^

А = г

71 /с\

' вп

Способ определения показателей надежности основывается на обработке данных по отказам отдельных элементов энергоустановки.

Основным методом расчета надежности является элементный метод, который исходит из предположения, что система состоит из самостоятельных элементов. Для системы, состоящей из т последовательно соединенных элементов, системный параметр потока отказов и интенсивность восстановления определяются по выражениям [2].

я=2 г А (6) ^ = (7),

где - параметр потока отказов и интенсивность восстановления для элемента.

С точки зрения функционального значения агрегатов, происходящих в них технологических процессов, их месте в структуре схемы, для наполнения конкретным содержанием параметров надежности, ГТУ представляют в виде физических и логических связей между агрегатами [3].

Рис. 1. Функциональная схема ГТУ

ГТУ можно представить состоящим из двух функционально и структурно связанных элементов:

1 элемент - газотурбинный агрегат;

2 элемент - паровой котел.

Первый элемент содержит компрессор, камеру сгорания, турбину, генератор, второй котел -утилизатор.

Таким образом, ГТУ содержит два последовательно соединенных и различных по составу оборудования элемента. В этом случае показатели надежности определяется по выражениям

- для первого элемента

Л7 = Лк + Лкс + Лт + Л г

г^ Я^+Я^+Ау+Яр V )

Дк+Дкс + Дт + Дг

- для второго элемента

Л" = Лку

- параметр потока отказов соответственно для компрессора, камеры сгорания, турбины, генератора и парового котла;

- интенсивность восстановления для этих же агрегатов.

На практике часто требуется определить параметры надежности в зависимости от времени. Для этого используется модель пространственных состояний, на которой основан, например, метод Марковских процессов, позволяющий получить динамические характеристики показателей. В основе этого метода лежит описание функционирования энергетических установок с множеством состояний, каждое из которых определяется состоянием её элементов. При этом система представляется совокупностью элементов, каждый из которых в любой момент времени может находиться в одном из двух состояний: полной работоспособности и неработоспособности. Состояние системы может быть представлено вектором

X (0 ={*! (О . ( 0 . .*„( о } (12),

где ( £) - двоичная переменная, принимающая значение 0, если элемент работоспособен, и 1 -если неработоспособен.

R - количество элементов

Состояние полной работоспособности обозначается , неработоспособности

{1.....1}

Если система состоит из R элементов, то число возможных состояний равно ] 2 я. Для двух элементов с потоками отказов и интенсивностями восстановлений количество возможных состояний равно , из которых два - аварийные:

- система полностью работоспособна

{ 1} = { 1,0 } - система неработоспособна

- система частично работоспособна (отказал первый элемент, второй продолжает

работать)

- состояние недостижимо

Состояния системы изображаются вершинами графа с соответствующими номерами. Вершины соединяются ребрами, характеризующими возможные переходы системы. Прямые ребра соответствуют отказовым состояниям, обратные - восстановлению элементов.

Расчет вероятностей нахождения системы в ^ом состоянии в момент времени производят на основе дифференциального уравнения

^ = - с*

Где Р^ ( £) - вероятность нахождения системы в ^ом состоянии в момент времени t

с^ ( £) - интенсивность перехода системы из k-го состояния в другое

i - номер состояния, предшествующего ^му.

Записывая данное уравнение для всех достижимых состояний, получим систему линейных дифференциальных уравнений Колмогорова-Чемпмена. В нашем случае для любого момента времени система имеет вид

= -

к ^ = л!!р0а)+ц!!р2а)

Решение данной системы возможно на основе классической задачи Коши, методом исключения. В результате получаем неоднородное дифференциальное уравнение 2-го порядка

ун+ау7 + Ьу = с

Решение уравнения складывается из общего и частного решений

у = у0 + г

Общее решение равно у0 = С1е'£ 1 ' + С2 е^2 '

Тогда

Р (0 = С1 е^' + С2 ей2 £ + у (18),

где постоянные величины

- корни характеристического уравнения, получаемого из исходного уравнения путем приравнивания правой части нулю.

Характеристическое уравнение

к 2+ак + Ь = 0

Частное решение У может быть найдено методом неопределенных коэффициентов по виду правой части.

Обеспечение надежной работы, в общем случае представляющей собой достаточно сложную систему, зависит от степени избыточности и резервирования её отдельных элементов, их численности, показателей надежности, схемы включения и т.д. Наиболее распространенными способы обеспечения надежности [4]:

1) Использование гибких схем, позволяющих реализовать внутренние резервы при отказе отдельных элементов;

2) Кратковременное форсирование мощности оставшимся в работе агрегатами;

3) Дробление мощности с целью увеличения числа параллельно работающих элементов;

4) Резервирование наиболее ответственных элементов;

Реализация этих путей связана с дополнительными затратами и капиталовложениями, поэтому выбор того или иного пути повышения надежности, а так же степень её повышения должны обосновываться технико-экономическими расчетами.

В данной работе будут рассматриваться 5 вариантов подключения ГТУ к паровому котлу.

В первом варианте рассматривается паровой котел с подключенной одной турбиной работающей на нагрузке в 100%.

Во втором случае рассматривается схема с двумя подключенными турбинами, одна из которых работает на 100% нагрузки а другая находится в резерве.

В третьем случае рассматривается схема с двумя подключенными турбинами, обе работают на 50% нагрузки.

В четвертом случае рассматривается схема с тремя подключенными турбинами, две работают на 50% нагрузки, третья находится в резерве. Установленная мощность турбин в данном случае меньше предыдущих.

В пятом случае рассматривается схема с тремя подключенными турбинами, три работают на 33,33% нагрузки. Установленная мощность турбин в данном случае меньше предыдущих.

В результате работы сравнивались издержки на аварийный простой разных вариантов подключения ГТУ и котла. Итоги отображены на рис. 2.

Издержки от аварийного простоя

у Руб.

1487528 1554176

1359465

I   IИ

1 случай 2 случай 3 случай 4 случай 5 случай

Рис. 2. Диаграмма издержек от аварийного простоя

Из диаграммы видно, что наиболее экономичным является 3-й случай, когда 2 турбины работают на 50% от номинальной мощности.

Дальнейшие задачи: произвести сравнение интегральных показателей эффективности различных вариантов подключения, с целью нахождения оптимального.

40

Литература

1. Арсеньв Г. В. Энергетические установки. Москва: «Высшая школа», 1991. 273 с.

2. Двойнишников В. А. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок. Москва: Машиностроение, 1988. 157 с.

3. Тонкошкур А. Г. Использование ГТУ для децентрализованного энергоснабжения промышленных предприятий. Саратов: СГТУ, 2002. 86 с.

4. Гладыше в Г. П., Аминов Р. З. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС. Москва: «Высшая школа», 1991. 303 с.

STUDY OF INFLUENCE FILM THICKNESS BASED ON OXIDES AND NITRIDES STAINLESS STEEL SPECIFIC SURFACE Ryzhova E.

Рыжова Елена Андреевна / Ryzhova Elena — студент, радиотехнический факультет, Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола

Abstract: thin-film elements became widespread and this article examines the possible use of a new material for the manufacture of thin-film resistive films. The dependences of the surface resistance of films from reactive gas concentrations (nitrogen and oxygen) and the distribution of the surface resistance over the length of the film. Also in the comparison lists RS-alloys, the resistance of which is comparable with a surface resistance of resistive films obtained in the course of research.

Аннотация: тонкоплёночные элементы получили большое распространение и в данной статье рассматривается возможное применение нового материала для изготовления тонкоплёночных резистивных плёнок. Представлены зависимости поверхностного сопротивления плёнок от концентраций реактивных газов (азота и кислорода) и распределение поверхностного сопротивления по длине плёнки. Также в сравнение приведены РС-сплавы, сопротивление которых сопоставимо с поверхностным сопротивлением резистивных плёнок, полученных в ходе исследований.

Keywords: resistive film, surface resistivity, film thickness, thin-film technology.

Ключевые слова: резистивные плёнки, поверхностное сопротивление, толщина плёнок, тонкоплёночные технологии.

В настоящее время имеет место тенденция микроминиатюризации микросхем, что приводит к поиску всё более технологичных материалов. Такие элементы, как резисторы всё чаще выполняются при помощи тонкоплёночной технологии. Резистивные тонкие плёнки наносятся вакуумным методом напыления на диэлектрические подложки. В настоящее время используется линейка РС сплавов, разработанная для изготовления резисторов с широким диапазоном удельных сопротивлений. Каждый сплав из этой серии имеет собственные характеристики по температурному коэффициенту сопротивления (ТКС), удельному сопротивлению, температуре работы и временной стабильности резисторов [1]. Технические условия (ТУ) для резистивных сплавов РС предназначены для формирования тонкопленочных резисторов методом термического испарения. Но он повсеместно заменяется на более технологичный метод магнетронного распыления [2]. Использование РС сплавов в данном методе приводит к проблеме контроля стехиометрического состава плёнки.

Цель работы заключается в изучении технологических особенностей формирования резистивных пленок оксидов и нитридов элементов нержавеющей стали методом магнетронного распыления.

Толщина плёнки сильно влияет на поверхностное сопротивление резистивной плёнки.

R =£ (D

пое i h

где р - удельное электрическое сопротивление;

h - толщина резистивного слоя.