Звіти з НДР

УДК 621.928.8
№ держреєстрації 0115U1537

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ МАГНІТНОЇ СЕПАРАЦІЇ НАНОЧАСТИНОК В ПОТОЦІ РІДИНИ ПІД ДІЄЮ ПОСТІЙНОГО ВИСОКОГРАДІЄНТНОГО МАГНІТНОГО ПОЛЯ

Некрасов А. В., Волканін Є. Є.
Звіт з НДР: 42 с., 13 рис., 6 табл., 47 джерел.
В останнє десятиліття нанотехнологія є однією з галузей знань, що найбільш динамічно розвиваються. Ця галузь оперує об’єктами, розмір яких знаходиться в діапазоні 1…100 нм, і характеризується міждисциплінарними теоретичними та практичними науковими розробками.
Застосування нанопрепаратів на основі магнітних наночастинок відкриває нові можливості в медицині при діагностиці та лікуванні низки онкологічних захворювань. Нанопрепарат, що застосовується біомедицині, є колоїдною системою, в якій наночастинки розподілені в біологічно сумісній рідині. Для попередження агрегації і приєднання фармацевтичних агентів наночастинки покривають шаром поверхнево-активної речовини (ПАР). Труднощі створення такого нанопрепарату полягають в отриманні монодисперсної фракції, а також видаленні з колоїду надлишку ПАР (немагнітна фракція). Аналіз існуючих методів розділення фракцій вказує на необхідність пошуку принципово нових науково-технічних рішень, які відрізняються від відомих продуктивністю і простотою. На сьогоднішній день розподіл за розмірами наночастинок здійснюється методом центрифугування. Внаслідок малої різниці мас наночастинок різних фракцій сепарація може тривати до декількох діб. Крім того, для здійснення зазначеного процесу, необхідна наявність високовартісного устаткування – ультрацентрифуг. Більш продуктивним процесом є магнітна сепарація, тому що наночастинки різних розмірів значно різняться за значенням магнітного моменту.
Недостатньо дослідженими залишаються питання магнітної сепарації нанорозмірних матеріалів за фракціями. Існуючі системи високоградієнтної магнітної сепарації неможливо застосувати для поділу на фракції наночастинок з наступних причин: матриця механічно затримує немагнітну фракцію; затримується широкий спектр розмірів частинок; деякі типи матриць можуть створювати продукти тертя і забруднювати магнітний матеріал. Системи розсічення тонких потоків здатні розділяти матеріал тільки на дві фракції: магнітну і немагнітну. Системи ферогідростатичної сепарації працюють з нанорозмірними частинками у ліпідних оболонках (магнітна рідина), але застосовують їх як робоче середовище. Для безпосереднього поділу фракцій наночастинок ферогідростатичні сепаратори не призначені. Тому актуальною науковою задачею є магнітна сепарація наночастинок за фракціями, шляхами вирішення якої, як запропоновано в роботі, є розробка системи високоградієнтної магнітної сепарації, а також розробка сепаратора з магнітною системою Фарадея.
Мета і завдання дослідження. Магнітна сепарація за фракціями наночастинок в ліпідних оболонках, що рухаються в потоці рідини, шляхом створення в робочому проміжку сепараційної системи необхідного високоградієнтного магнітного поля.
Для досягнення мети поставлені та розв’язані такі задачі:
– обґрунтування застосування сепаратора з використанням магнітної системи Фарадея, а також високоградієнтної магнітної сепарації для розділення фракцій наночастинок;
– визначення залежності магнітного моменту наночастинок від їх розміру та визначення сил, діючих на наночастинки, у потоці рідини при накладенні зовнішнього високоградієнтного магнітного поля;
– обґрунтування вимог до конфігурації та співвідношення розмірних, а також магнітних параметрів робочого проміжку магнітної системи Фарадея;
– розробка конструкції сепараційного каналу сепаратора з магнітною системою Фарадея, який розділяє потоки рідини, що містять наночастинки різних фракцій магнітних наночастинок;
– обґрунтування магнітних параметрів робочого проміжку магнітної системи високоградієнтного сепаратора наночастинок;
– розробка конструкції матриці і сепараційного каналу високоградієнтного сепаратора, які призначені для вилучення заданої фракції магнітних наночастинок;
– математичне моделювання траєкторій наночастинок у потоці рідини в робочому об’ємі сепараторів з метою підтвердження основних теоретичних результатів роботи.
Об’єкт дослідження – процеси магнітної сепарації наночастинок під дією постійного магнітного поля в потоці рідини.
Предмет дослідження – взаємозв’язок конструктивних і режимних параметрів магнітних сепараторів з ефективністю поділу фракцій наночастинок.
Наукова новизна одержаних результатів:
– отримав подальший розвиток метод магнітної сепарації, який, на відміну від існуючих, полягає в тому, що наночастинки намагнічуються до насиченого стану, що дозволяє здійснити їх розділення за фракціями;
– уперше розроблено метод визначення геометричних параметрів сепараційного каналу сепаратора з магнітною системою Фарадея, що дозволяє визначити конструкцію каналу, призначеного для розділення потоків рідини, які містять наночастинки різних фракцій;
– отримав подальший розвиток метод визначення геометричних параметрів феромагнітного стрижня матриці високоградієнтного магнітного сепаратора, розташованого в робочому проміжку магнітної системи, який при заданій швидкості потоку, на відміну від існуючих, враховує магнітний момент наночастинок у ліпідних оболонках, намагнічених до насиченого стану, та розмір їх магнітного ядра, що дозволяє вилучати наночастинки заданої фракції;
– уперше розроблено методи визначення границі області вилучення і границі області захоплення наночастинок заданої фракції у високоградієнтному магнітному сепараторі з осьовою конфігурацією матриці, що дозволяє визначити конструкцію сепараційного каналу, його продуктивність і обсяг захоплених наночастинок.
Практичне значення отриманих результатів:
– визначено значення геометричних і магнітних параметрів полюсів магнітної системи Фарадея, що дозволяють створити в робочому проміжку однорідне поле градієнта напруженості;
– розроблено методику визначення конструктивних, магнітних і режимних параметрів сепаратора наночастинок із магнітною системою Фарадея;
– розроблено методику визначення конструктивних, магнітних і режимних параметрів системи високоградієнтної магнітної сепарації наночастинок за фракціями.
Розробки пройшли експериментальну перевірку і використані в Інституті електродинаміки НАН України для обґрунтування конструктивних рішень нового обладнання, призначеного для застосування в наномедицині.
Теоретичні результати роботи використовуються в навчальному процесі кафедри “Електричні машини та апарати” Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського при викладанні дисциплін “Електромагнітні розрахунки” та “Спеціальні питання теорії електричних машин і апаратів”.
Ключові слова: НАНОПРЕПАРАТ, НАНОЧАСТИНКА, ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНА РЕЧОВИНА, ВИСОКОГРАДІЄНТНА МАГНІТНА СЕПАРАЦІЯ, МАГНІТНА СИСТЕМА ФАРАДЕЯ
Умови одержання звіту: за договором. 39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20, КрНУ, тел.: (03566) 31147.

УДК 621.316
№ держреєстрації 0114U005478

АНАЛІЗ У ЧАСТОТНІЙ ОБЛАСТІ РЕЖИМІВ РОБОТИ СИСТЕМ КОМПЕНСАЦІЇ НЕАКТИВНИХ СКЛАДОВИХ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ

Калінов А. П., Малякова М. С.
Звіт з НДР: 31 с., 12 рис., 1 табл., 26 джерел.
Відомо, що в більшості випадків реальне навантаження систем електропостачання характеризується деякою мірою нелінійністю та несиметричністю. Це призводить до появи вищих гармонік у складі струму та напруги, амплітудної та кутової несиметрії напруг та струмів системи електропостачання. До проблем, що з’являються внаслідок цього, відносяться збільшення втрат в трансформаторах, лініях електропередач, конденсаторах компенсаторів реактивної потужності та інше. Для усунення впливів несиметричних на нелінійних навантажень на мережу живлення використовують, як один із засобів САФ [1-26].
Літературний огляд показав, що p-q теорії миттєвої потужності (МП), на базі якої дуже часто будується система керування САФ, притаманні певні недоліки. Також запитання, щодо ефективності роботи цієї теорії не мають однозначної відповіді.
Таким чином, робота САФ при аналізі сигналів струму, напруги та складових потужностей тільки у області часу, тобто при використанні лише миттєвих значень електричних величин, не задовольняє вимогам роботи при спотворених напругах мережі живлення. При цьому аналіз електричних величин в аналітичному вигляді у частотній області, тобто аналіз із використанням гармонічних складових, дає широкі можливості для дослідження режимів роботи мережі живлення та нелінійного навантаження та удосконалення методів активної та пасивної фільтрації.
Тому актуальною є задача аналізу процесів компенсації систем електропостачання з використанням p-q теорії МП у частотній області.
Мета роботи. Аналіз енергопроцесів та методів керування силовим активним фільтром (САФ) у частотній області для можливості виявлення шляхів удосконалення методів компенсації неактивних складових струмів.
Об’єкт досліджень. Процеси компенсації неактивних складових струму систем електропостачання.
Предмет досліджень. Методи керування САФ, частотні складові струмів, напруг та миттєвої потужності, систем компенсації та мережі живлення.
Основні наукові та практичні результати, їх значення. В частотній області отримано аналітичні вирази для активної і реактивної потужностей, гармонік та середньоквадратичних значень змінних складових миттєвої потужності, компенсаційних струмів у функції вищих гармонік і коефіцієнтів несиметрії струмів, що дозволяє аналізувати режими роботи систем компенсації в аналітичному вигляді для задач їх удосконалення та обґрунтованого вибору їх параметрів.
Отримані аналітичні залежності середньоквадратичних значень змінних складових миттєвих потужностей у функції значень вищих гармонік і коефіцієнтів несиметрії струмів, а також аналітичні вирази компенсаційних струмів рекомендовано використовувати для правильного вибору САФ за струмом силових ключів найбільш перевантаженої його фази;
Ключові слова: АНАЛІЗ У АНАЛІТИЧНОМУ ВИГЛЯДІ, ЧАСТОТНА ОБЛАСТЬ, МИТТЄВА ПОТУЖНІСТЬ, СИСТЕМА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ, КОМПЕНСАЦІЯ
Умови одержання звіту: за договором. 39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20, КрНУ, тел.: (03566) 31147.

УДК 621.313.333
№ держреєстрації 0116U000352

НАДАННЯ РЕКОМЕНДАЦІЙ З ПОДАЛЬШОЇ ЕФЕКТИВНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ НА ОСНОВІ ПРОВЕДЕНОЇ ДІАГНОСТИКИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН ЦЕХУ ВИРОБНИЦТВА ОКАТИШІВ

Загірняк М. В., Загірняк М. В., Калінов А. П., Гладир А. І., Мамчур Д. Г.,
Мельников В. О., Малякова М. С., Костенко А. В., Ромашихіна Ж. І.
Звіт з НДР: 186 с., 8 рис., 5 джерел.
Мета роботи. Діагностика та визначення технічного стану асинхронних електроприводів технологічних механізмів першої лінії ЦВО.
Об’єкт досліджень. Технічний стан асинхронних електроприводів технологічних механізмів першої технологічної лінії ЦВО.
Предмет досліджень. Інформаційні ознаки пошкоджень у сигналі електрорушійної сили в обмотках статора після відключення АД від мережі живлення.
Основні наукові та практичні результати, їх значення. Представлено розвиток методу діагностики дефектів та оцінювання загального технічного стану асинхронних двигунів за аналізом частотного спектру та інтегральних характеристик споживаної трифазним АД потужності. Аналіз сигналів струму, напруги та потужності, отриманих за допомогою розроблених математичних моделей роботи АД при різному ступені розвитку найбільш розповсюджених дефектів, дозволив виявити закономірності впливу наявних дефектів на формування спектрального складу потужності та сформулювати ряд коефіцієнтів для діагностики АД.
З метою проведення діагностики в умовах виробничого процесу за відсутності достовірної інформації про параметри досліджуваного об’єкта було розроблено метод непрямого визначення енергетичних показників і потужності на валу асинхронного двигуна.
Отримані аналітичні вирази для активної та реактивної потужностей, гармонік та середньоквадратичних значень змінних складових потужності дозволяють аналізувати режими роботи електромеханічного обладнання в аналітичному вигляді.
Результати роботи можуть бути використані на промислових підприємствах з метою оцінювання і поліпшення якості роботи систем асинхронного електропривода, а також в навчальному процесі при проведенні лабораторних, практичних занять і самостійній роботі з відповідних дисциплін.
Ключові слова: АСИНХРОННИЙ ДВИГУН, ТЕХНІЧНИЙ СТАН, ПОШКОДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА, ЕЛЕКТРОРУШІЙНА СИЛА, ГАРМОНІЧНИЙ АНАЛІЗ, КРОС-ВЕКТОРНА ТЕОРІЯ.
Умови одержання звіту: за договором. 39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20, КрНУ, тел.: (03566) 31147.

УДК 621.317.38.001.5″73″:004.031.42(477.53-21)
№ держреєстрації 0116U000472

РОЗРОБКА ІНТЕРАКТИВНОЇ СИСТЕМИ МОНІТОРИНГУ СПОЖИВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ БУДІВЕЛЬ БЮДЖЕТНОЇ СФЕРИ М. КРЕМЕНЧУК

Чорний О. П., Перекрест А. Л., Журавель Т. В., Гаврилець Г. О., Ломонос А. І., Романенко С. С., Маслівець А. В., Герасименко О. В., Марченко В. В., Кущ-Жирко М. О.
Звіт з НДР: 66 с., 58 рис., 14 табл., 30 джерел.
Мета дослідження: створення інтерактивної, web-орієнтованої системи для аналізу поточного енергоспоживання різних будівель бюджетної сфери з формуванням обліково-звітної документації.
Об’єкт досліджень: автоматизована система моніторингу енергоспоживання будівель бюджетної сфери.
Предмет дослідження: програмне забезпечення комп’ютерних систем для аналізу поточного енергоспоживання будівель бюджетної сфери.
Методи дослідження – розробка вимог, технічної та робочої документації для системи аналізу енергоспоживання різних будівель бюджетної сфери.
У роботі розглянуто розробка інтерактивної системи моніторингу споживання енергетичних ресурсів муніципальних будівель м. Кременчука. В ході розробки системи обґрунтована її інформаційно-логічна структура та вимоги щодо окремих сутностей, розроблено модуль адаптації системи з метою приєднання системи моніторингу через універсальну шину даних до сервера безпеки «Портал МВК-Кременчук», розроблено прикладне програмне забезпечення для занесення показників та аналізу статистики енергоспоживання по кожному об’єкту або за вибраними групами.
Результати роботи можуть бути використані в навчальному процесі при проведенні науково-дослідних робіт студентів та при проведені аудиторних занять.
Очікуваний науковий результат та його значущість: отримані результати дослідження дозволять визначати поточне, добове, місячне та сезонне енергоспоживання різних муніципальних будівель за різними видами енергоресурсів в залежності від режиму їх експлуатації та зовнішньої температури повітря, що дасть змогу підготувати дані для створення енергетичного паспорта на кожну будівлю, підвищити рівень оперативного аналізу енергоспоживання будівель з метою впровадження заходів з енергозбереження в комунальному господарстві міст. При експлуатації будівель бюджетної сфери відповідно до отриманих рішень можлива оптимізація їх роботи для зменшення енергоспоживання.
Ефективність полягає у зменшенні витрат коштів на визначення енергоспоживання муніципальних будівель за різними періодами часу та видами енергоресурсів, а також спрощенні процесу формування енергетичного паспорту об’єкту.
Ключові слова: СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ, ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ, ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТ, ОБ’ЄКТИ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ, БУДІВЛІ БЮДЖЕТНОЇ СФЕРИ
Умови одержання звіту: за договором. 39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20, КрНУ, тел.: (03566) 31147.