Developing an algorithm for monitoring gas generators of hydrogen storage and supply systems

In relation to the main element of the hydrogen storage and supply system based on the hydro-reacting composition – the gas generator – an algorithm for its control has been developed. The development of such an algorithm is carried out in three stages. At the first stage, the problem of formalizing the hydrogen generation process is solved. Formalization of this process is carried out using the transfer function of the gas generator. The use of the criterion for the minimum error of the mismatch of the given amplitude-frequency characteristics of the gas generator allows to represent its transfer function in the form of a transfer function of the inertial link. At the second stage, the problem of determining the conditions for the occurrence of self-oscillations in the pressure stabilization subsystem is solved. A prerequisite for the emergence of a self-oscillating mode of operation of the hydrogen storage and supply system is the presence of a relay static characteristic of the pressure sensor. For the characteristic parameters of such a system, the ranges of values of the parameters of self-oscillations, frequencies and amplitudes, are determined. For these parameters, analytical expressions are obtained, which include the main parameters of the pressure stabilization subsystem in the hydrogen storage and supply system. At the third stage, the problem of forming a gas generator control algorithm is solved. As a test action in the implementation of the control algorithm, self-oscillations in the pressure stabilization subsystem are used. The control algorithm for the gas generator of the hydrogen storage and supply system includes determining the parameters of self-oscillations and comparing their values with the values obtained a priori. A typical diagram of a hydrogen storage and supply system is presented, in which the developed gas generator control algorithm is implemente

Modeling the convective component of the heat flow from a spill fire at railway accidence

A significant number of emergencies that occur in the chemical, processing and transport industries begin with an accidental spill and ignition of a flammable liquid. In this case, the spread of fire to neighboring objects is of particular danger. When developing fire protection measures in areas where flammable liquids are stored, as a rule, heat transfer from a fire only by radiation is taken into account. But in some cases, the convection component of the heat flow can make a significant contribution to the overall heat transfer. Ignoring it can lead to an erroneous assessment of the safety of an industrial facility. In the paper, a model of the distribution of velocity and temperature in the upward flow, rising above the spill of a burning liquid, is constructed. The model is based on the system of Navier-Stokes equations, which, by means of simplifications, is reduced to a non-linear second-order differential equation of the parabolic type. The properties of the combustion site determine the boundary conditions of the first kind. In this case, the spill of a flammable liquid can have any shape. The presence of wind is taken into account by introducing a stable horizontal component of the flow velocity. For the numerical solution of the equation, the method of completed differences is used. The dependence of the kinematic viscosity on the flow temperature is taken into account. An empirical formula is used as the relationship between temperature and speed. It is shown that the presence of wind leads to an inclination of the ascending flow. The angle of inclination is not constant and increases with distance from the combustion source due to a decrease in speed and cooling of the flow. An estimate of the coefficient of convection heat transfer convection of the tank wall with ascending flows over the combustion source is constructed. It is shown that the coefficient of convection heat transfer increases with increasing wind spee

Reduction of Voltage Fluctuations in Electrical Networks Supplying Motors with a Rapidly Changing Load by Installing Longitudinal Compensation Batteries

The article deals with the reduction of voltage fluctuations in electrical networks of industrial enterprises with the help of longitudinal compensation batteries. The purpose of the article is to develop a method for calculating the optimal parameters of the longitudinal compensation installation, which makes it possible to perform calculations using numerical characteristics of the range of changes in the voltage and flicker dose. To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: to develop a method for selecting the parameters of reducing voltage fluctua-tions, taking into account the random nature of the change in the parameters of network modes; using the proposed method, to develop a calculation method that allows choosing optimal pa-rameters of capacitor units. The most significant result is the experimental and theoretical con-firmation that the proposed method for selecting the parameters of longitudinal compensation batteries, taking into account the random nature of the change in the flicker dose, makes it pos-sible to effectively apply longitudinal compensation to reduce voltage fluctuations in electrical networks of industrial enterprises with a rapidly changing load. The significance of the results is proved by the fact that the proposed method makes it possible to select a longitudinal compensation installation to limit voltage fluctuations at the design stage, thereby ensuring the quality of electric energy in networks with consumers having a rapidly changing load. The resulting calcu-lation method is planned to be used in distribution electrical networks when performing tech-nical measures to ensure the quality of electrical energy

Исследования надёжности электроснабжения предприятия от электроэнергетической системы и автономных нагруженных генераторов на основе Марковских процессов

The purpose of this work is to substantiate the use of probabilistic components of the availability factor of the power supply system (PSS) of the enterprise consisting of a electric power system and autonomous loaded generators, to calculate overpayments for electricity. To achieve this purpose, operation of the PSS during the last 5 years was studied. The PSS was considered as a restored system which has spinning reserve. The process of the PSS functioning was represented by a simple nonbranching graph with one repair team and described by systems of differential and algebraic equations. The solution of the latter allowed calculating the probability components of the PSS availability factor. The operating time of the PSS in a calendar year was calculated with a different number of serviceable generators. The method for calculating overpayment for electricity was proposed. The most significant result is the justification of the use of probability components of the PSS availability factor for as-sessing overpayment for electricity. The significance of the obtained results lies in the fact that the proposed formula for overpayment for electricity allows to estimate overpayment, identify main causes and recommend measures to reduce it. The reliability of the results is confirmed by the example of calculating overpayment for electricity for a real enterprise. The newly obtained indicators of generator reliability can be used in the analysis of overpayment by other enterprises, which have similar generators.Scopul lucrării este de a fundamenta utilizarea componentelor probabilistice ale factorului de disponibilitate a sistemului de alimentare cu energie (PSS) al întreprinderii constând dintr-un sistem de energie electrică și generatoare autonome încărcate, pentru a calcula supraplățile pentru energie electrică. Pentru a atinge acest scop, a fost studiată funcționarea PSS în ultimii 5 ani. PSS a fost considerat un sistem restaurat care are rezervă de rotație. Procesul de funcționare a PSS a fost reprezentat printr-un grafic simplu non-ramificat cu o singură echipă de reparații și descris prin sisteme de ecuații diferențiale și algebrice. Soluția acestuia din urmă a permis calcularea componentelor de probabilitate ale factorului de disponibilitate PSS. Timpul de funcționare al PSS într-un an calendaristic a fost calculat cu un număr diferit de generatoare deservite. A fost propusă metoda de calcul a supraplatei pentru energie electrică. Rezultatul cel mai semnificativ este justificarea utilizării componentelor de probabilitate ale factorului de disponibilitate PSS pentru evaluarea plății în exces pentru energie electrică. Semnificația rezultatelor obținute constă în faptul că formula propusă pentru supraplata energiei electrice permite estimarea supraplatei, identificarea principalelor cauze și recomandarea măsurilor de reducere a acesteia. Fiabilitatea rezultatelor este confirmată de exemplul calculării supra-plății pentru energie electrică pentru o întreprindere reală. Indicatorii nou obținuți ai fiabilității generatorului pot fi utilizați în analiza plăților în exces de către alte întreprinderi care au generatoare similare.Целью данной работы является обоснование использования для расчёта переплаты за электроэнергию вероятностных составляющих коэффициента готовности системы электроснабжения (СЭС) предприятия, имеющей несколько источников электроэнергии, в качестве которых выступают электроэнергетическая система и автономные нагруженные генераторы. Для достижения поставленной цели исследовались статистические данные об отказах и восстановлениях генераторов Упрощенная СЭС рас-сматривалась как восстанавливаемая система. Потоки отказов и восстановлений её элементов являлись простейшими пуассоновскими. Расчет критериев Вилькоксона подтвердил однородность статистического материала как по отказам, так и по восстановлениям генераторов, что позволило объединить статистические данные в две отдельные выборки по отказам и восстановлениям, и рассчитать показатели надежности генератора (интенсивности отказов и восстановлений). Математические модели отказов и восстановлений генераторов имеют экспоненциальный характер, что подтверждено расчетом критерия Колмогорова. Процесс функционирования СЭС изображался простым ветвящимся графом и описывался системами дифференциальных и алгебраических уравнений. Решение последних позволило рассчитать вероятностные составляющие коэффициента готовности СЭС для установившегося режима эксплуатации. Выполнен анализ физических, математических различий между статистическими и вероятностными значениями коэффициентов готовности. Рассчитано время работы СЭС в календарном году при разном количестве исправных генераторов. Предложен способ расчета переплаты за электроэнергию. Наиболее существенным результатом является обоснование использования для оценки переплаты за электроэнергию вероятностных составляющих коэффициента готовности упрощенной СЭС. Значимость полученных результатов состоит в том, что предлагаемая формула переплаты за электроэнергию позволяет оценить переплату в зависимости от надежности генераторов, выявить главные причины и рекомендовать мероприятия по её снижению. Достоверность результатов подтверждена на примере расчета переплаты за электроэнергию для реального предприятия. Вновь полученные показатели надежности генераторов могут быть использованы при анализе переплаты другими предприятиями с аналогичными генераторами

RFCAG2013: Russian-Finnish comparison of absolute gravimeters in 2013

In June–July 2013,we performed a comparison of five absolute gravimeters of different types. The gravimeters were the FG5X-221 of the FGI, the FG5-110 and GBL-M 002 of the TsNIIGaiK, the GABL-PM of the IAE SB RAS, and the GABL-M of the NIIMorGeofizika (Murmansk, Russia). The three last-mentioned are field-type portable gravimeters made by the Institute of Automation and Electrometry in Novosibirsk, and this is the first international comparison for them. This Russian-Finnish Comparison of Absolute Gravimeters RFCAG2013 was conducted at four sites with different characteristics: at the field sites Pulkovo and Svetloe near St. Petersburg, and at the laboratory sites TsNIIGaIK in Moscow and Zvenigorod near Moscow. At the TsNIIGAiK site and at Zvenigorod two piers were used, such that altogether six stations were occupied. The FG5X- 221 provides the link to the CCM.G-K2 Key Comparison in Luxembourg in November 2013. Recently, the Consultative Committee for Mass and Related Quantities and the International Association of Geodesy drafted a strategy on how to best transmit the results of Key Comparisons of absolute gravimeters to benefit the geodetic and geophysical gravimetric community. Our treatment of the RFCAG2013 presents one of the first practical applications of the ideas of the strategy document, andwe discuss the resulting uncertainty structure. Regarding the comparison results, we find the gravimeters show consistent offsets at the quite different sites. All except one gravimeter are in equivalence

Обґрунтування експериментального методу визначення параметрів просочення рідини в сипучий матеріал

The object of this study is the process of impregnation of liquid into the bulk material, in particular, into the soil. Determining the impregnation parameters is a relevant task when assessing the consequences of an emergency spill of a hazardous liquid. Infiltration of liquid into the soil leads to pollution of water resources. However, the greatest danger is the ignition of the spill of a combustible liquid. Based on the Green-Ampt model, a mathematical description of the impregnation of liquid into bulk material was built. It is a system of two ordinary differential equations of the first order, one of which describes the reduction of the thickness of the liquid layer on the surface, and the other describes the dynamics of the impregnation of liquid into depth. The solution to the system was derived in the form of time dependence on the depth of impregnation. An experimental study was conducted on the example of impregnation of crude oil in the sand. To this end, sand was poured into a vertical measuring glass cylinder. After that, the liquid was poured and a video recording of the impregnation process was carried out. By processing the video recording, the depth of impregnation and the corresponding time were determined. The results of the study show that the relationship between the thickness of the liquid layer on the surface of the sand and the depth of impregnation is linear in nature: the relative deviation of linear approximation from experimental data does not exceed 3.5. By expanding the logarithmic function contained in the solution to the system of differential equations into the Taylor series, a polynomial dependence of time on the depth of impregnation was established. To determine the coefficients of the polynomial based on the experimental data, the least squares method was used. In this case, the approximation error after the first minute after spilling does not exceed 10 %. The proposed method could be used to account for seepage in the model of liquid spreading on the ground and the burning model of a flammable liquid spillОб’єктом дослідження є процес просочення рідини в сипучий матеріал, зокрема, в ґрунт. Визначення параметрів просочення є актуальною проблемою, при оцінці наслідків аварійного розливу небезпечної рідини. Інфільтрація рідини в ґрунт призводить до забруднення водних ресурсів. Але найбільшу небезпеку являє займання розливу горючої рідини. На основі моделі Грін-Ампт побудовано математичний опис просочення рідини в сипучий матеріал. Воно являє собою систему із двох звичайних диференціальних рівнянь першого порядку, одне з яких описує зменшення товщини шару рідини на поверхні, а інше – динаміку просочення рідини в глибину. Розв’язок системи отримано у вигляді залежності часу від глибини просочення. Експериментальне дослідження проводилося на прикладі просочення сирої нафти в пісок. Для цього у вертикальний мірний скляний циліндр насипався пісок. Після цього наливалася рідина і проводилася відеофіксація процесу просочення. Шляхом обробки відеозапису визначалася глибина просочення і відповідний час. Результати дослідження показують, що залежність між товщиною шару рідини на поверхні піску і глибиною просочення має лінійний характер: відносне відхилення лінійної апроксимації від експериментальних даних не перевищує 3,5. Шляхом розвинення в ряд Тейлора логарифмічної функції, що міститься в розв’язку системи диференціальних рівнянь, отримано поліноміальну залежність часу від глибини просочення. Для визначення коефіцієнтів полінома за експериментальними даними використано метод найменших квадратів. При цьому похибка апроксимації вже після першої хвилини після розливу не перевищує 10 %. Запропонований метод може бути використаний для врахування просочення в моделі розтікання рідини на ґрунті та моделі горіння розливу горючої рідин

Розробка моделі охолодження резервуара струменями води від гідромоніторів в умовах пожежі

The main danger of a fire at an oil storage tank farm lies in its cascade spreading to neighboring tanks. This happens due to heating metal structures to the temperature of self-ignition of vapors of petroleum products. That is why cooling tanks is a priority in the localization of such fires. One of the most reliable methods of cooling is water feeding onto the tank walls using hydraulic monitors that are stationed outside the banking. In this case, the problem is to calculate the cooling action of water and to determine such parameters of its supply that would ensure cooling tank structures to a safe temperature.The model of the water jet motion after exiting the nozzle of a firefighting barrel was constructed. The algorithm of water supply by using a hydraulic monitor, which provides consistent alternation of the water jet motion on the tank wall in the horizontal and vertical direction was proposed.The model of cooling action of the water film formed after water jet hitting the wall of the tank was constructed. The model is based on heat balance equations for a tank wall and a water film and takes into consideration the periodic water jet motion on a tank wall. When constructing heat balance equations, we took into consideration convective and radiant heat exchange with a fire and the environment. It was shown that the temperature distribution on the tank wall and the water film is described by the system of two nonlinear differential equations of the first order.The findings obtained in the study make it possible to determine the parameters of water supply, which provide tank cooling to a safe temperatureОсновная опасность пожара в резервуарном парке с нефтепродуктами заключается в его каскадном распространении на соседние резервуары. Происходит это вследствие прогрева металлических конструкций резервуара до температуры самовоспламенения паров нефтепродукта. Поэтому охлаждение резервуаров является первоочередной задачей при локализации таких пожаров. Одним из наиболее надежных методов охлаждения является подача воды на стенки резервуара с помощью гидромониторов, стационарно расположенных за пределами обвалования. При этом проблему представляет расчет охлаждающего действия воды и определение таких параметров ее подачи, которые бы обеспечивали охлаждение конструкций резервуара до безопасной температуры.Построена модель движения струи воды после выхода из насадка пожарного ствола. Предложен алгоритм подачи воды с помощью гидромонитора, который обеспечивает последовательное чередование перемещения водной струи по стенке резервуара в горизонтальном и вертикальном направлениях.Построена модель охлаждающего действия водной пленки, образующейся после удара водной струи об стенку резервуара. Модель основывается на уравнениях теплового баланса для стенки резервуара и водной пленки, а также учитывает периодическое движение водной струи по стенке резервуара. При построении уравнений теплового баланса учтен конвективный и лучистый теплообмен с пожаром и окружающей средой. Показано, что распределение температур по стенке резервуара и водной пленке описывается системой двух нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка.Полученные в работе результаты позволяют определить параметры подачи воды, которые обеспечивают охлаждение резервуара до безопасной температурыОсновна небезпека пожежі в резервуарному парку з нафтопродуктами полягає в її каскадному розповсюдженні на сусідні резервуари. Відбувається це внаслідок прогріву металевих конструкцій резервуара до температури самоспалахування парів нафтопродукту. Тому охолодження резервуарів є першочерговою задачею при локалізації таких пожеж. Одним із найбільш надійних методів охолодження є подача води на стінки резервуара за допомогою гідромоніторів, стаціонарно розташованих поза межами обвалування. При цьому проблему становить розрахунок охолоджувальної дії води і визначення таких параметрів її подачі, які б забезпечували охолодження конструкцій резервуара до безпечної температури.Побудовано модель руху струменя води після виходу з насадка пожежного ствола. Запропоновано алгоритм подачі води за допомогою гідромонітора, який забезпечує послідовне чергування переміщення водного струменя по стінці резервуара в горизонтальному і вертикальному напрямках.Побудовано модель охолоджувальної дії водної плівки, яка утворюється після удару водного струменя об стінку резервуара. Модель базується на рівняннях теплового балансу для стінки резервуара і водної плівки, а також враховує періодичний рух водного струменя по стінці резервуара. При побудові рівнянь теплового балансу враховано конвекційний і променевий теплообмін з пожежею і навколишнім середовищем. Показано, що розподіл температур по стінці резервуара і водній плівці описується системою двох нелінійних диференціальних рівнянь першого порядку.Отримані в роботі результати дозволяють визначити параметри подачі води, які забезпечують охолодження резервуара до безпечної температур

Розробка моделі охолодження резервуара струменями води від гідромоніторів в умовах пожежі

The main danger of a fire at an oil storage tank farm lies in its cascade spreading to neighboring tanks. This happens due to heating metal structures to the temperature of self-ignition of vapors of petroleum products. That is why cooling tanks is a priority in the localization of such fires. One of the most reliable methods of cooling is water feeding onto the tank walls using hydraulic monitors that are stationed outside the banking. In this case, the problem is to calculate the cooling action of water and to determine such parameters of its supply that would ensure cooling tank structures to a safe temperature.The model of the water jet motion after exiting the nozzle of a firefighting barrel was constructed. The algorithm of water supply by using a hydraulic monitor, which provides consistent alternation of the water jet motion on the tank wall in the horizontal and vertical direction was proposed.The model of cooling action of the water film formed after water jet hitting the wall of the tank was constructed. The model is based on heat balance equations for a tank wall and a water film and takes into consideration the periodic water jet motion on a tank wall. When constructing heat balance equations, we took into consideration convective and radiant heat exchange with a fire and the environment. It was shown that the temperature distribution on the tank wall and the water film is described by the system of two nonlinear differential equations of the first order.The findings obtained in the study make it possible to determine the parameters of water supply, which provide tank cooling to a safe temperatureОсновная опасность пожара в резервуарном парке с нефтепродуктами заключается в его каскадном распространении на соседние резервуары. Происходит это вследствие прогрева металлических конструкций резервуара до температуры самовоспламенения паров нефтепродукта. Поэтому охлаждение резервуаров является первоочередной задачей при локализации таких пожаров. Одним из наиболее надежных методов охлаждения является подача воды на стенки резервуара с помощью гидромониторов, стационарно расположенных за пределами обвалования. При этом проблему представляет расчет охлаждающего действия воды и определение таких параметров ее подачи, которые бы обеспечивали охлаждение конструкций резервуара до безопасной температуры.Построена модель движения струи воды после выхода из насадка пожарного ствола. Предложен алгоритм подачи воды с помощью гидромонитора, который обеспечивает последовательное чередование перемещения водной струи по стенке резервуара в горизонтальном и вертикальном направлениях.Построена модель охлаждающего действия водной пленки, образующейся после удара водной струи об стенку резервуара. Модель основывается на уравнениях теплового баланса для стенки резервуара и водной пленки, а также учитывает периодическое движение водной струи по стенке резервуара. При построении уравнений теплового баланса учтен конвективный и лучистый теплообмен с пожаром и окружающей средой. Показано, что распределение температур по стенке резервуара и водной пленке описывается системой двух нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка.Полученные в работе результаты позволяют определить параметры подачи воды, которые обеспечивают охлаждение резервуара до безопасной температурыОсновна небезпека пожежі в резервуарному парку з нафтопродуктами полягає в її каскадному розповсюдженні на сусідні резервуари. Відбувається це внаслідок прогріву металевих конструкцій резервуара до температури самоспалахування парів нафтопродукту. Тому охолодження резервуарів є першочерговою задачею при локалізації таких пожеж. Одним із найбільш надійних методів охолодження є подача води на стінки резервуара за допомогою гідромоніторів, стаціонарно розташованих поза межами обвалування. При цьому проблему становить розрахунок охолоджувальної дії води і визначення таких параметрів її подачі, які б забезпечували охолодження конструкцій резервуара до безпечної температури.Побудовано модель руху струменя води після виходу з насадка пожежного ствола. Запропоновано алгоритм подачі води за допомогою гідромонітора, який забезпечує послідовне чергування переміщення водного струменя по стінці резервуара в горизонтальному і вертикальному напрямках.Побудовано модель охолоджувальної дії водної плівки, яка утворюється після удару водного струменя об стінку резервуара. Модель базується на рівняннях теплового балансу для стінки резервуара і водної плівки, а також враховує періодичний рух водного струменя по стінці резервуара. При побудові рівнянь теплового балансу враховано конвекційний і променевий теплообмін з пожежею і навколишнім середовищем. Показано, що розподіл температур по стінці резервуара і водній плівці описується системою двох нелінійних диференціальних рівнянь першого порядку.Отримані в роботі результати дозволяють визначити параметри подачі води, які забезпечують охолодження резервуара до безпечної температур

Calculation of the Exchange Fund of Electrical Equipment of Industrial Enterprises

The purpose of this work is the theoretical substantiation and development of a practical method for calculating the exchange fund of electrical equipment of an industrial enterprise. The purpose is achieved through the use of separate methods of queuing theory if the flow of applications for repairs and restoration are the simplest. It is confirmed by the results of statistical studies. Therefore, for the mathematical description of the repair problem the authors use the scheme Mm; Ms; n , which corresponds to the process of death and reproduction. As a criterion for optimizing the exchange fund of electrical equipment it is proposed to use the zero probability waiting for the replacement of a faulty electrical component with a working from the exchange fund. For the case of the simplest flow of applications for service, the authors suggest to use the Peck and Hazelwood tables, which significantly simplify the calculation of the exchange fund for known failure rates and electrical equipment recoveries. For practical use of the proposed method, the authors have developed convenient forms for presenting initial data for calculating the exchange fund, and it is proposed to present the results of calculations in the form of several options for the optimal number of electrical equipment in the exchange fund depending on the accepted level of zero expectation probability, the number of elements from the exchange fund and their recovery time. The proposed method will optimize the exchange fund of electrical equipment and reduce the cost of its formation

Alignment of the ALICE Inner Tracking System with cosmic-ray tracks

37 pages, 15 figures, revised version, accepted by JINSTALICE (A Large Ion Collider Experiment) is the LHC (Large Hadron Collider) experiment devoted to investigating the strongly interacting matter created in nucleus-nucleus collisions at the LHC energies. The ALICE ITS, Inner Tracking System, consists of six cylindrical layers of silicon detectors with three different technologies; in the outward direction: two layers of pixel detectors, two layers each of drift, and strip detectors. The number of parameters to be determined in the spatial alignment of the 2198 sensor modules of the ITS is about 13,000. The target alignment precision is well below 10 micron in some cases (pixels). The sources of alignment information include survey measurements, and the reconstructed tracks from cosmic rays and from proton-proton collisions. The main track-based alignment method uses the Millepede global approach. An iterative local method was developed and used as well. We present the results obtained for the ITS alignment using about 10^5 charged tracks from cosmic rays that have been collected during summer 2008, with the ALICE solenoidal magnet switched off.Peer reviewe