2017 год, №4

Содержание выпуска
Автоматизированная система предупреждения засыпания водителя во время движения
Дымов Илья Сергеевич, Деревянко Роман Евгеньевич, Котин Денис Алексеевич
Стр. 659 — 664
В статье анализируются проблемы разработки новой автоматизированной системы распознавания и предупреждения засыпания водителя во время движения. Вопрос контроля физического состояния профессиональных водителей, находящихся в рейсе, рассмотрен как со стороны эффективности и качества его определения, так и с точки зрения повышения общей безопасности дорожного движения. Выполнен анализ существующих и используемых в настоящее время устройств определения перехода в стадию сна у находящихся за рулем водителей. Выявлены их преимущества и недостатки. Установлено, что главным негативным фактором, препятствующим массовому внедрению уже существующих систем предупреждения, является необходимость надевать на себя тот или иной контролирующий прибор перед началом движения. Проведенная проектно-исследовательская работа предлагает комплексный мониторинг физического и физиологического состояния человека за рулем как новый способ предупреждения его засыпания во время движения. Предложенные к рассмотрению варианты алгоритмической реализации могут применяться в грузовых и пассажирских транспортных средствах дальнего следования. Рассмотрены два отличных друг от друга варианта систем автоматического контроля состояния водителя. Первый подход предполагает применение датчиков биометрических параметров организма, датчиков пульса, температуры тела, давления рук на руль. Второй - использование следящих камер-детекторов. Как для первого, так и для второго варианта автоматизированной системы набор средств контроля устанавливается в салоне транспортного средства и не оказывает физического, столь раздражающего, воздействия на водителя. Разработан программный подход исключения ложных срабатываний предложенных устройств. В работе рассмотрены функциональные схемы разработанных автоматизированных систем, а также логическая структура анализа и принятия решений. Предложен набор воздействий, предназначенных для пробуждения водителя. Сделано заключение о технической перспективности предложенного подхода к проектированию автоматизированных систем.
Расчетное определение компенсационных возможностей трасс трубопроводов судовых систем
Нго Жа Вьет, Сахно Константин Николаевич
Стр. 665 — 672
В статье рассматривается актуальная проблема повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования. Представлены способы изготовления и монтажа судовых трубопроводов без снятия размеров по месту. В ходе экспериментального расчета определены цель, задачи и разработан план эксперимента, подготовлены необходимые исходные данные. Проведен экспериментальный расчет области компенсационных возможностей трасс трубопроводов судовых систем в четыре этапа: выбор трасс между двумя жестко фиксированными соединениями по чертежу и подготовка данных; определение расчетной области компенсационных возможностей трасс на основе теоретических положений в рамках гипотезы об использовании пар параллельных участков трасс для компенсации суммарных отклонений; определение пригоняемого участка с назначаемым припуском; корректировка чертежей посредством изменения размеров пригоняемых участков с припусками. В результате экспериментального расчета подтверждены теоретические прогнозы компенсационных возможностей трасс трубопроводов на этапе проектирования и концептуальные основы компенсации суммарных отклонений посредством перемещения трасс. Разработан алгоритм компенсации отклонений трасс трубопроводов с использованием взаимно параллельных участков с соединениями труб и дополнительными припусками. По результатам исследований созданы предпосылки для разработки методики повышения технологичности трубопроводов на стадии проектирования. Применительно к большему количеству трасс трубопроводов открывается возможность для замены забойных труб на пригоняемые трубы, гибка которых будет осуществляться по проектным размерам без уточнения по месту, способствуя сокращению сроков строительства объектов, сложных технологических комплексов, насыщенных трубопроводами.
Сравнительный анализ математических моделей судна с позиций управляемости по отклонениям
Пашенцев Сергей Владимирович
Стр. 673 — 680
В работе показан выбор математической модели судна, с помощью которой в дальнейшем будет исследоваться процесс управления судном по отклонениям двух разнесенных точек диаметральной плоскости судна от некоторых линий, называемых прицельными. Рассмотрены две математические модели танкера, различающиеся структурно: по виду и набору дифференциальных уравнений для их описания, которые идентифицированы параметрически, т. е. найдены коэффициенты описывающих модель уравнений. Для оценки адекватности моделей проверена их работа на примере стандартного маневра "Зигзаг" с проведением сравнительного анализа результатов между собой и данными натурных испытаний. Вид маневра выбран исходя из близости характерных для него движений судна тем движениям, которые происходят при управлении судном по отклонениям. Дальнейшие исследования осуществлены посредством выполнения управлений по отклонениям относительно заданных прицельных линий. Введен показатель качества управления квадратичного вида, с помощью которого оценена эффективность управления каждой модели. В данном расчетном случае при исследовании сложных управлений танкера проекта 214 по отклонениям выбрана математическая модель типа "скорость - угол дрейфа - угловая скорость поворота", представленная японскими инженерами, которая дала оценки по качеству управлений, идущие "в запас", что позволит в дальнейших работах по данной тематике на основе этой математической модели получать необходимые результаты и принимать на их основе решения, приводящие к меньшим управленческим рискам.
Особенности безразборной диагностики судовых роторных насосов
Сергеев Константин Олегович, Панкратов Андрей Адольфович
Стр. 681 — 690
В судовых энергетических установках получили большое распространение роторные насосы, обеспечивающие перекачку различных вязких сред: топлива, масел и т. п. Как и все судовые механизмы, насосы нуждаются в соответствующем обслуживании и контроле технического состояния. Целесообразным является обслуживание и ремонт, проводимый по "состоянию" по результатам проведенной безразборной диагностики. Наибольшее распространение для диагностики насосов получили методы вибродиагностики. Вибродиагностика роторных насосов имеет ряд особенностей, обусловленных характером и состоянием перекачиваемых сред. Для нормирования вибрации и диагностики технического состояния роторных насосов используются нормы Российского морского регистра судоходства (РМРС). Для выяснения особенностей вибродиагностики роторных насосов были проведены измерения на специальном стенде, позволяющем имитировать различные режимы работы судовых насосов: различное давление в системе и температуру перекачиваемой среды. В результате измерений получены третьоктавные и узкополосные спектры вибрации насосов при различных развиваемых давлениях и температурах перекачиваемой среды. Проведенный анализ результатов показал, что нормы РМРС для диагностики судовых роторных насосов имеют недостаточную информативность ввиду того, что не учитывают зависимость спектра вибросигнала от развиваемого давления и температуры перекачиваемой среды. Характер полученных сигналов показывает, что уровни третьоктавного спектра виброскорости существенно зависят от температуры перекачиваемой среды, это необходимо учитывать при применении норм РМРС. Большое влияние температура среды оказывает на характер узкополосного спектра виброускорения в области средних частот, меньшее - на характер спектра виброскорости. В результате проведенной работы делаются выводы о целесообразности использования для диагностики технического состояния роторных насосов узкополосных спектров виброскорости и спектров огибающей высокочастотной компоненты вибросигнала, при этом следует опираться не на абсолютные значения уровня вибрации, а на наличие характерных частот и присутствие их модуляций, порождаемых различными дефектами.
Механизм выбора решений, определенных по значениям функции полезности
Тагиев Таги Гарягди оглы, Меньшиков Вячеслав Иванович
Стр. 691 — 696
Рассмотрено описание процесса выбора решения судовым специалистом по обеспечению безопасного плавания судна. Качество описания процесса определяется положительной скалярной величиной, выраженной с помощью моделей функции выигрыша. Проанализирована важность процесса выбора разумного решения, принятого при минимальных потерях или с минимальной вероятностью максимальных потерь. Показано, что умение анализировать выигрыши, определяющие последствия от принятого решения, и способность принять решения в условиях неопределенности являются основными требованиями для лица, принимающего решения. Составлены условия, обеспечивающие реализацию выбора оптимальных решений из множества допустимых решений по критерию минимальной вероятности появления больших потерь (отрицательного выигрыша). Описаны условия выполнения трех требований, необходимых и достаточных для того, чтобы функция выигрыша обладала определенными свойствами. Сделан вывод о том, что критерий выбора и реализации наименее опасного в смысле потери и оптимального решения будет существовать, если существуют функции, которые удовлетворяют определенным требованиям. Учитывая вероятность выбора судовым специалистом "неработающих" или даже "ошибочных" решений, можно оценивать качество выбора и реализации решений, привлекая для этого такое понятие, как "риск". Особенностью безопасного плавания является то, что большая часть принимаемых решений должна выбираться в реальном масштабе времени, но с анализом функции выигрыша, которая позволяет провести четкую границу между принимаемыми и реализуемыми, оправданными и неоправданными решениями
Особенности излучения лазерных диодов в различных температурных интервалах
Власова Светлана Васильевна, Власов Анатолий Борисович, Шапочкин Павел Юрьевич
Стр. 697 — 704
В литературе практически отсутствуют сведения об изменении характеристик спектра излучения промышленных полупроводниковых лазерных диодов в широком интервале температур, в том числе при криогенных температурах. Тем не менее данная информация является определяющей при выборе конкретных лазерных диодов для промышленных устройств. Проведено экспериментальное исследование особенностей спектров излучения лазерных полупроводниковых диодов, изготовленных на основе твердого четверного раствора AlGaInP в области температур 50-300 К. Спектр излучения исследовался при помощи монохроматора МДР-23 с установленным CCD-детектором. Исследование показало, что температура эксплуатации лазерного диода определяет характер спектра излучения, в частности происходит преобладание вынужденного или индуцированного излучения, в том числе изменяется диапазон длин волн излучения. Полагается, что в диапазоне температур от 50 до 300 К в объеме материала лазерного диода реализуются процессы, в результате которых изменяется значение ширины запрещенной зоны, уменьшающейся примерно на 4,2-4,5 % от величины, соответствующей температуре 50 К. Расчет значения температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны β показал, что в температурном интервале от 50 до 300 К значение β изменяется по абсолютной величине в 2-3 раза. В работе предложен новый экспериментальный метод определения энергий ионизации экситонных уровней, который имеет практическое применение для контроля электрофизических параметров полупроводниковых материалов, применяемых при изготовлении промышленных полупроводниковых лазеров. Достоинством предложенного метода является возможность получить качественную и количественную информацию об экситонном спектре материала лазерного диода непосредственно в области p-n перехода, в которой формируется лазерное излучение.
Методика исследования влияния высших гармонических напряжений на режимные параметры синхронного генератора с постоянными магнитами
Гасанова Ляман Гасан гызы, Мустафаев Рауф Исмайыл оглу
Стр. 705 — 713
Синхронные машины с постоянными магнитами, частотно-управляемые со стороны статора преобразователями частоты, выполненными на базе силовых транзисторов или полностью управляемых тиристорах, находят широкое применение в качестве двигателей и генераторов. Перспективно их применение и на транспорте, в том числе морском. Современные преобразователи частоты оснащены системой управления, базирующейся на синусоидальной широтно-импульсной модуляции. При формировании напряжения на выходе преобразователя, помимо основной гармоники, в составе напряжения находятся высшие гармонические составляющие, которые безусловно влияют на режимные параметры генератора (электромагнитный момент, мощность, токи). Для определения этого влияния разработана методика моделирования и исследования высших гармоник напряжения в системе "электрическая сеть - преобразователь частоты - синхронная машина с постоянными магнитами". Предложенная форма записи уравнений частотно-управляемой синхронной машины с постоянными магнитами позволяет относительно просто воспроизводить гармонический состав напряжения на выходе преобразователя частоты, оснащенного системой управления, выполненной на базе синусоидальной широтно-импульсной модуляции. Разработанная методика может быть применена для преобразователей с любым числом и составом гармонических составляющих напряжения, питающих статорную обмотку синхронной машины с постоянными магнитами. На конкретном примере продемонстрирована эффективность методики исследования влияния высших гармоник на режимные параметры машины. При этом исследование проводилось с учетом формы кривой напряжения, питающего обмотки синхронной машины, содержащей помимо основной гармоники 8-ю, 10, 11, 13, 14 и 16-ю гармонические составляющие, а мощность самой синхронной машины была равна 1 500 кВт.
Анализ условий работы трансформатора напряжения
Фастий Галина Прохоровна, Бурцев Антон Владимирович, Карпов Алексей Сергеевич, Ярошевич Вера Васильевна, Токарева Евгения Александровна
Стр. 714 — 722
В электрических сетях необходим постоянный контроль работы электрооборудования. Для выполнения этой задачи применяются измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения (ТН), от работы которых зависит точность электрических измерений, учета электроэнергии, а также надежность противоаварийной автоматики. Представлены результаты анализа условий формирования намагничивания трансформатора напряжения в режиме с односторонним подключением воздушных линий электропередачи, а также варианты нарушений в сети 110 кВ, которые могут существовать относительно большое время. Необходимо отметить, что рассматриваемая сеть обладает некоторыми особенностями: воздушные линии электропередачи, включенные последовательно, имеют значительную длину и небольшой уровень нагрузки, что может являться условием для возникновения емкостного эффекта линий электропередачи (эффект Ферранти), способного вызвать перенапряжения. Перенапряжения возникают при временных с точки зрения эксплуатации режимах работы, неблагоприятных сочетаниях параметров сети и могут длиться до тех пор, пока не изменится схема и режим сети. Наиболее часто они появляются в несимметричных режимах, при коротких замыканиях на землю и т. д. Рассмотрены несимметричные режимы, вызванные неполнофазными коммутациями и обрывом провода на воздушной линии, а также обрывом провода с последующим отключением силовых трансформаторов, которые могут влиять на уровень напряжения на ТН. Исследована возможность намагничивания ТН при длительном повышении напряжения в симметричных режимах, а именно: проявление эффекта Ферранти с различной нагрузкой на подстанциях вплоть до полного отключения и отключением силовых трансформаторов. Анализ условий работы измерительного трансформатора напряжения выполнен по материалам, предоставленным службами "Колэнерго".
Технология применения виртуальных приборов для комплексной диагностики судового электрооборудования
Ивлев Марк Леонидович, Кузнецов Иван Васильевич, Семёнов Дмитрий Николаевич, Чирцов Артем Владимирович
Стр. 723 — 728
В статье приведена оценка наиболее информативных методов диагностики механизмов с электроприводом; рассмотрена их реализация в измерительном комплексе на базе виртуального прибора. Проведен сравнительный анализ вибрационных методов анализа спектров тока и теплового метода неразрушающего контроля. Установлено, что вибрационные методы наиболее чувствительны к дефектам механической части электропривода (определение дефектов подшипниковых узлов, расцентровки валов, дисбаланса вращающихся частей). Анализ спектра питающего тока на ранней стадии показывает дефекты обмоток ротора, статический и динамический эксцентриситет ротора. Температура подшипниковых узлов и статора (тепловой метод контроля) сигнализирует о дефектах смазки и систем охлаждения. Набор методов неразрушающего контроля позволяет увеличить глубину и достоверность диагностики механизмов с электроприводом. Оптимальным техническим средством, способствующим реализации в одном измерительном комплексе всех необходимых видов анализа, является технология применения виртуальных приборов. Приведены перечень комплектующих для измерительной части комплекса и функциональная схема программы обработки результатов. Получены спектры вибрации дефектных механизмов с помощью измерительного комплекса на базе виртуального прибора. Даны рекомендации по внесению виртуального прибора в Государственный реестр средств измерений.
Метод защиты электронной аппаратуры от импульсного рентгеновского излучения
Гнатюк Виктор Степанович, Морозов Николай Николаевич
Стр. 729 — 733
Рентгеновские установки с высокой мгновенной интенсивностью применяются в ходе неразрушающего контроля массивных изделий, при радиационных испытаниях, а также для придания новых свойств различным полимерным материалам. В этих условиях входные каскады измерительных систем, призванных контролировать параметры процессов, подвержены воздействию мощного потока рентгеновского излучения, который порождает лавины вторичных электронов в чувствительной части первичных измерительных преобразователей, что приводит к выходу их из строя или временной неработоспособности из-за тиратронного эффекта в р - n- переходах полупроводниковых электронных устройств. Представлен метод шунтирования цепей питания в реальном масштабе времени, применяемый для защиты входных каскадов электронных устройств, находящихся в зоне ионизации. Шунтирование обеспечивается посредством создания в защитном устройстве высокой проводимости тем же потоком излучения. Рассмотрена возможность разработки защитных устройств на основе полупроводниковых камер со стенками с высокой тормозной способностью. Излучение формирует в стенке камеры высокий уровень потока вторичных электронов, которые пронизывают пластину из полупроводника с высокой подвижностью электронов проводимости. Электроны проводимости образуются в полупроводнике на последних стадиях электронных лавин, вызванных высокоэнергетичными вторичными электронами. Такая возможность подтверждена расчетами защитных свойств конкретной камеры со стенкой из свинца, в которую помещена пластина из арсенида галлия (толщина стенки равна средней длине свободного пробега фотоэлектрона). В этом случае соблюдается условие электронного равновесия, т. е. число вторичных электронов, рожденных в стенке вследствие внутреннего фотоэффекта, будет равно числу электронов, поглощенных стенкой, но при этом поток рентгеновских фотонов заметно не меняется. Выполнение этого условия дает наибольший шунтирующий эффект.
Тенденции развития и обновления рыболовного флота на Северном бассейне
Куранов Юрий Федорович
Стр. 734 — 741
Практика и необходимость формирования и обновления производственного аппарата рыбной отрасли оказывают все большее влияние на результаты деятельности рыбохозяйственного комплекса и становятся определяющими при рассмотрении перспектив его развития на инновационной основе. В статье рассматриваются современное состояние и тенденции развития добывающего флота Северного бассейна, его производственные возможности в освоении доступных биоресурсов, необходимость и перспективы обновления. В процессе исследования показано действие основных факторов, определяющих формирование количественного и структурного состава промыслового флота. Наиболее устойчивое и долговременное влияние оказывает состояние промысловых запасов водных биоресурсов, их изменчивость под воздействием природных факторов и антропогенной нагрузки. Вторым по значимости фактором является наличие институциональных изменений. Первоначально, в начале 90-х годов прошлого века, это было связано с трансформацией экономических отношений, в дальнейшем - с институциональными изменениями законодательно утвержденных принципов наделения промысловых предприятий правом доступа к водным биологическим ресурсам для их освоения. Приведены данные по адаптации производственных мощностей флота к специализации промысловой деятельности, направлениям модернизации и переоборудования, строительству новых судов, приобретению бывших в эксплуатации судов в странах с развитым рыболовством. Эти изменения, произошедшие за рассматриваемый период, в целом снизили производственный потенциал флота, повысив его качественные показатели (производительность, глубину переработки сырья в море). Вместе с тем отмеченные положительные тенденции сопровождались увеличением показателей старения по всем группам и типам судов. Обоснованы институциональные и экономические инструменты поддержки и стимулирования строительства новых промысловых судов. На данный момент на Северном бассейне приоритетным направлением поддержки должно стать, по мнению автора, строительство судов пелагического промысла и судов-прибрежников (траулеры-свежьевики). Последнее наиболее актуально для Мурманской области и связано с развитием береговой инфраструктуры, обеспечением населения и береговых рыбоперерабатывающих предприятий качественной охлажденной рыбопродукцией.
Особенности стратегического управления нефтегазовым комплексом и транспортировки углеводородной продукции при освоении морских нефтегазовых месторождений Арктики
Фадеев Алексей Михайлович, Череповицын Алексей Евгеньевич, Ларичкин Федор Дмитриевич, Агарков Сергей Анатольевич
Стр. 742 — 754
В статье рассматриваются вопросы теории и практики стратегического управления нефтегазовым комплексом при освоении углеводородных ресурсов Арктики на шельфе. Проведен анализ существующих подходов в процессном и проектном управлении нефтегазовым комплексом с учетом особенностей реализации шельфовых проектов в Арктической зоне. Значительное внимание уделено истории и эволюции стратегического управления как экономической категории, предложены функциональные направления стратегического управления на различных уровнях. Анализ существующих научных работ, посвященных реализации проектов на арктическом шельфе, показывает недостаточную проработанность вопросов теории и практики стратегического управления. В частности, большинство научных исследований сосредоточено на изучении вопросов менеджмента на уровне корпораций, в то же время вопросы на уровне нефтегазового комплекса не рассматриваются. В существующих исследованиях проектный и процессный подходы в управлении часто противопоставляются друг другу, что, по мнению авторов, является некорректным в отношении управления нефтегазовым комплексом на арктическом шельфе. Нефтегазовый комплекс - сложная и многоуровневая система, реализующая беспрецедентно трудные в технологическом плане проекты. Начало добычи углеводородов на шельфе Арктики неразрывно связано с транспортировкой добытого сырья к местам переработки и сбыта, что дополняет стратегическое управление нефтегазовым комплексом особенностями организации эффективных транспортно-логистических решений.
История решений по созданию ядерно-металлургического комплекса на базе Кольской атомной электростанции
Кудрин Борис Иванович, Кошарная Юлия Васильевна
Стр. 755 — 760
Представлены основания для выбора направлений использования электрической и тепловой энергии Кольской атомной электростанции, расположенной за Полярным кругом. Обозначены регионы страны и их крупные промышленные производства, основу которых составляют металлургические предприятия; электроснабжение данных предприятий осуществляется от Кольской АЭС. Показаны результаты исследования энергозатрат на получение тонны стали и чугуна. Определено, что основным направлением технологического перевооружения в черной металлургии является отказ от использования органического топлива (в частности, в коксодоменном производстве как наиболее энергоемком) и его замена на технологию прямого восстановления железа водородом. В качестве источника энергии, альтернативного органическим топливам, предложено создание бестопливного ядерно-металлургического электрифицированного комплекса (ЯМЭК). Описана принципиальная схема ЯМЭК, в составе которой основной новизной обладает блок подготовки восстановительных газов, дающий потенциальную возможность создания безотходного процесса. Такая технология требует использования высоких температур и решения технических проблем, связанных с теплостойкостью конструкций. Представлены примеры мировых исследований по реализации подобных проектов. Применение новой технологии вызовет необходимость оптимизации структуры электропотребления из-за перераспределения мощности и электропотребления между производствами. Внедрение новой технологии требует также решения ряда задач по электроснабжению и разработке электрооборудования. Отмечено, что на Кольской АЭС в период работы проводилась масштабная реконструкция, которая позволила увеличить ее проектную мощность и продлить срок эксплуатации. На сегодняшний день в регионе имеется избыточная установленная мощность, которая может быть использована для внедрения новой технологии в металлургии.