Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки»

В последнее десятилетие многие крупные российские компании, занятые в области проектирования в различных отраслях (нефтегазовой, авиакосмической, строительной, энергетической и других), самостоятельно разрабатывают концепции работы в области информационного моделирования. Этот процесс тесно связан с созданием цифровых моделей объектов, которые в большинстве случаев представляют собой здания, сооружения, транспортные средства, протяженные коммуникации, подземные объекты.

В каждой из этих отраслей цифровая модель объекта обладает специфическими свойствами, которые оказывают влияние на процесс работы с ней, а также на процесс ее создания. От этого процесса зависят график производства проектных работ, количество занятных сотрудников, ее качественные характеристики, а также качество готового продукта.

Основной проблемой работы с цифровой моделью в авиастроительной отрасли является отсутствие структурированности этого процесса, недостаточно эффективный подход к организации процесса взаимодействия отдельных подразделений предприятий, которые создают и модифицируют ее.

Для решения этой проблемы разработаны специфические подходы к процессу проектирования, учитывающие особенности цифровых моделей объектов авиастроительной отрасли, обеспечивающие высокий уровень качества готового продукта и позволяющие обращаться к модели в течение всего периода эксплуатации готового изделия.

Разработана методология работы с моделью, учитывающая все ее специфические особенности.

Выполнен анализ технологического процесса охлаждения керамического кирпича в туннельной печи как объекта управления с распределенными по продольной координате параметрами. Выявлено, что рассматриваемый процесс оказывает существенное влияние на прочность готового кирпича, при этом исследования в области разработки эффективных методов и средств управления этим этапом практически отсутствуют. В ходе работы были определены: вектор выходных координат, включающий температуры кирпича и охлаждающего воздуха и их градиенты по продольной координате печи; вектор управляющих воздействий, состоящий из расходов подаваемого охлаждающего воздуха и отбираемого воздуха; вектор возмущающих воздействий – температуры кирпича на входе в зону охлаждения, воздуха, подаваемого в зону охлаждения, и окружающей среды. Разработана расчетная схема процесса снижения температуры керамического кирпича с учетом произвольного количества точек подачи и отбора воздуха в зону охлаждения, что определяет количество и размеры ее участков. С учетом принятых допущений и упрощений выполнено математическое описание статического режима работы зоны охлаждения с распределенными подачей и отбором охлаждающего агента в виде системы неоднородных дифференциальных уравнений с соответствующими граничными условиями, которое проблемно ориентировано на синтез систем автоматического управления. Решение этой системы позволило определить математические операторы, связывающие выходные координаты с управляющими и основными возмущающими воздействиями. В дальнейшем результаты работы могут быть использованы для создания эффективных систем управления процессом охлаждения кирпича, которые позволят повысить качество продукции и снизить энергетические затраты на производство.

Актуальная задача повышения энергоэффективности нефтеперекачивающих станций (НПС) магистральных нефтепроводов (МН) заключается в снижении потребления электроэнергии на перекачку единицы товарной продукции. Обычно эта величина измеряется в кВт·ч на тонну перекачанной нефти. Значение удельных энергозатрат зависит от множества факторов: длины нефтепровода, реологических свойств перекачиваемой нефти, плановых объемов, напора на входе и выходе нефтеперекачивающих станций и др.

Для отдельно взятого участка магистрального нефтепровода и фиксированного временного периода, обычно в течение месяца, многие из перечисленных параметров изменяются незначительно или остаются постоянными. Например, свойства нефти в течение одного месяца не меняются, так как они определены коммерческим контрактом.

Существенным параметром, определяющим удельное электропотребление, является режим перекачки – режим работы насосных агрегатов, определяющий их производительность и среднюю мощность. В зависимости от технологических задач режимы работы постоянно изменяются в соответствии с заданным графиком. Как правило, нормативными документами задаются несколько фиксированных режимов перекачки. Таких режимов может быть от 5 до 10.

Задача оптимизации режимов перекачки заключается в отыскании минимума функции цели – удельного потребления электроэнергии за один календарный месяц работы трубопровода при условии обеспечения плана перекачки за счет оптимального подбора режимов работы НПС. В статье на примере работы МН АО «Транснефть-Приволга» описан алгоритм и результаты оптимизационного расчета, позволившего получить экономию затрат на электроэнергию при обеспечении заданного объема перекачки нефти.

Представлен новый метод моделирования автономных водогрейных котельных малой мощности и их тепловой нагрузки. Предложенный подход основан на представлении основных элементов тепловой схемы (котел, теплообменник, потребители отопления и ГВС) в виде группы взаимодействующих тепловых масс и использовании системы дифференциальных уравнений для описания динамики теплообмена. Для определения коэффициентов теплопередачи между тепловыми массами применяется анализ установившегося режима с учетом граничных условий на внешние потоки энергии. Компьютерная реализация модели выполнена в среде MATLAB Simulink, параметры идентифицированы по реальным данным котельной станции с двумя котлами по 1 МВт и КПД 90 %. В вычислительном эксперименте проведены статичные и динамические тесты: прогрев котла при номинальной нагрузке и его остывание при отключенном теплоносителе. Результаты моделирования продемонстрировали высокую степень согласования с эксплуатационными данными (средняя абсолютная ошибка температур составила менее 0,5 °C), что подтверждает адекватность и надежность предложенного метода. Универсальность подхода позволяет масштабировать модель на различное оборудование и режимы работы без существенного роста вычислительной нагрузки. Предложенный метод может служить эффективным инструментом инженерного анализа, проектирования и последующей оптимизации систем теплоснабжения, обеспечивая сокращение затрат времени и ресурсов на опытную проверку.