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

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

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

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

Розробка методу визначення динамічних параметрів оператора мобільної пожежної установки на базі сігвею

A method for determining the dynamic parameters of the operator of a mobile fire engine based on a segway, which fully characterize its dynamic properties – delay time and inertia was developed. The development of the method includes four stages. At the first stage, the problem of obtaining analytical relationships for determining the dynamic parameters of the operator is solved. These relationships include the frequency characteristics of the operator at a fixed frequency and its static parameter. At the second stage, the choice of a fixed frequency is substantiated using a criterion that minimizes errors in determining the dynamic parameters. It is shown that the fixed frequency for the characteristic parameters of the operator does not exceed 0.5 Hz. The third stage includes substantiation of the procedure for determining the frequency characteristics of the operator and its static parameter. The frequency characteristics of the operator at a fixed frequency and its static parameter are determined numerically. This procedure is based on using the data obtained by measuring the values of the operator’s transfer function at fixed time intervals. To obtain data, an interactive analog engine is used, which can also perform the functions of a simulator. The time intervals are chosen according to the Kotelnikov-Nyquist-Shannon theorem. At the last stage, the procedure for determining the dynamic parameters of the operator of a segway-based mobile fire engine is described. It is shown that the error in determining the dynamic parameters of the operator of a mobile fire engine does not exceed 9.0 %, if the error in determining its frequency characteristics at a frequency of 2.5 s–1 does not exceed 2.0 %Применительно к оператору мобильной пожарной установки на базе cигвея разработан метод определения его динамических параметров, которые полностью характеризуют его динамические свойства – время запаздывания и инерционность. Разработка метода включает четыре этапа. На первом этапе решается задача по получению аналитических зависимостей для определения динамических параметров оператора. Эти зависимости включают значение частотных характеристик оператора на фиксированной частоте и его статический параметр. На втором этапе обосновывается выбор фиксированной частоты, осуществляемый с использованием критерия, который минимизирует величины погрешностей определения динамических параметров. Показано, что величина фиксированной частоты для характерных параметров оператора не превышает 0,5 Гц. Третий этап включает обоснование процедуры получения значений частотных характеристик оператора и его статического параметра. Частотные характеристики оператора на фиксированной частоте и величина его статического параметра получены численным путем. Эта процедура основана на использовании массива данных, который получен путем измерения значений переходной функции оператора через фиксированные интервалы времени. Для получения массива данных используется интерактивная установка-аналог, которая может выполнять и функции тренажера. Интервалы времени выбираются согласно теореме Котельникова - Найквиста - Шеннона. На последнем этапе дается описание процедуры определения динамических параметров оператора мобильной пожарной установки на базе сигвея. Показано, что погрешность определения динамических параметров оператора мобильной пожарной установки не превышает 9,0 %, если погрешность определения его частотных характеристик на частоте 2,5 с-1 не превышает 2,0 %Стосовно до оператора мобільної пожежної установки на базі сігвею розроблено метод визначення його динамічних параметрів, які повністю характеризують його динамічні властивості – час запізнення та інерційність. Розробка методу включає чотири етапи. На першому етапі вирішується задача по одержанню аналітичних залежностей для визначення динамічних параметрів оператора. Ці залежності включають значення частотних характеристик оператора на фіксованій частоті та його статичний параметр. На другому етапі обґрунтовується вибір фіксованої частоти, що здійснюється із використанням критерію, який мінімізує величини похибок визначення динамічних параметрів. Показано, що величина фіксованої частоти для характерних параметрів оператора не перевищує 0,5 Гц. Третій етап включає обґрунтування процедури одержання значень частотних характеристик оператора та його статичного параметра. Частотні характеристики оператора на фіксованій частоті та величина його статичного параметра одержані чисельним шляхом. Ця процедура основана на використання масиву даних, який одержаний шляхом вимірювань значень перехідної функції оператора через фіксовані інтервали часу. Для одержання масиву даних використовується інтерактивна установка-аналог, яка може виконувати функції тренажера. Інтервали часу обираються згідно до теореми Котельнікова – Найквіста – Шеннона. На останньому етапі надається опис процедури визначення динамічних параметрів оператора мобільної пожежної установки на базі сігвею. Показано, що похибка визначення динамічних параметрів оператора мобільної пожежної установки не перевищує 9,0 %, якщо похибка визначення його частотних характеристик на частоті 2,5 с-1 не перевищує 2,0 

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

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

High-current pulse electron accelerators based on stepped forming lines

There presented is a brief review of I-3000, STRAUS, STRAUS-2 and LIA-10M accelerators produced in VNIIEF over the period from 1981 to 1994. All the installations function in the mode of single pulses. Their distinction consists in using the systems of forming high-voltage pulses on the basis of stepped forming lines. Such installations formed of line sections of a similar electrical length with a stepped character of impedance variance provide a high efficiency and as a result of wave processes increase for a several time the output voltage as compared to the charge voltage of lines. The limiting energy of accelerated electrons for the created accelerators lies within the range from 2.3 to 25 MeV, beam current amplitude – from 20 to 50 kA, current pulse width at half-height – from 16 to 40 ns. The basic characteristics of each accelerator are presented