Разработка Пермского Политеха поможет контролировать вредные выбросы в атмосферу из перспективных газотурбинных установок
Газотурбинные установки используют в нефтегазовой и авиационной промышленности в качестве источника энергии. В состав установки входит газотурбинный двигатель. Один из важнейших элементов в нем — камера сгорания — основной источник вредных выбросов. Снижение выбросов в атмосферу можно обеспечить применением малоэмиссионной камеры сгорания (МЭКС). Сегодня контроль выбросов в атмосферу не ведется, поскольку нет датчиков эмиссии. Ученые Пермского Политеха предложили для контроля вредных выбросов из камеры сгорания использовать математическую модель МЭКС, встроенную в систему автоматического управления газотурбинной установки. Для повышения адаптивных свойств модели использованы технологии искусственного интеллекта, а именно — нейронные сети, которые позволяют эффективно увеличить качество моделирования процессов в сложных объектах на основе создания гибких и простых алгоритмов. Таким образом, ученые Пермского Политеха разработали и апробировали систему автоматического управления МЭКС со встроенной нейросетевой моделью.
Исследование опубликовано в цифровой библиотеке IEEE Xplore по результатам международной российской конференции «Умная индустрия». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Газотурбинный двигатель управляется подачей топлива, который внутри двигателя смешивается с воздухом, сжимается и превращается в топливовоздушную смесь. Эта смесь подается в камеру сгорания, там сжигается и в виде реактивной струи газа выбрасывается в сопло двигателя, создавая тягу. Чем больше топлива в топливовоздушной смеси, тем больше вырабатываемая мощность (скорость самолета), но также увеличивается выброс (эмиссия) вредных веществ в атмосферу.
«Для того, чтобы снизить количество вредных выбросов в атмосферу, современные газотурбинные установки оснащают малоэмиссиоными камерами сгорания. В них горит обедненная топливная смесь с большим количество воздуха. За счет этого выделяется меньше оксидов азота и углерода, и работа установки становится более экологичной. Однако малоэмиссионные камеры имеют очень узкий рабочий диапазон, зависящий от концентрации топлива в смеси: при большом количестве топлива выбросов становится слишком много (что не отвечает экологическим требованиям), а при малом количестве – может произойти срыв пламени, и установка перестанет работать.
Чтобы не произошел срыв важно контролировать пульсацию давления в жаровых трубах (чем выше они по амплитуде, тем выше вероятность срыва пламени). При этом контролировать процессы в камере сгорания в современной практике невозможно поскольку «физические» датчики не устанавливаются в камеру сгорания в настоящее время», — рассказывает доцент кафедры конструирования и технологий в электротехнике ПНИПУ, кандидат технических наук Татьяна Кузнецова.
Разработанный учеными виртуальный регулятор для газотурбинных установок, построенный на основе нейросетевой математической модели камеры сгорания, прогнозирует выбросы оксидов азота и углерода в атмосферу из камеры сгорания и пульсацию давления в жаровых трубах в зависимости от расхода топлива.
«Нейросетевая модель камеры сгорания, встроенная в систему автоматического управления газотурбинной установки, выполняет роль «виртуального» сенсора. В отличие от физических датчиков он не замеряет концентрацию вредных веществ напрямую. Вместо этого виртуальный сенсор по специальным алгоритмам отслеживает расход топлива и в зависимости от его величины вычисляет уровень эмиссии вредных веществ и амплитуду пульсации давления в жаровых трубах. После этого сенсор посылает сигнал системе управления, которая в зависимости от ситуации может изменить уровень подачи топлива, чтобы не допустить излишних выбросов вредных веществ в атмосферу или срыва пламени», — объясняет ученая.
Основу разработки нейросетевой модели составляют полученные данные натурных испытаний для одного из вариантов промышленной камеры сгорания. Моделирование, обучение и тестирование нейронной сети проводилось в MATLAB Simulink. Эффективность работы регулятора эмиссии и нейросетевой модели МЭКС была проверена на имитаторе двигателя в ходе стендовых испытаний на программно-аппаратной платформе PXI N. В результате спрогнозированные данные оказались с высокой точностью соответствующими данным, полученным в ходе эксперимента.
Использование нейронных сетей в регуляторах камер сгорания позволит увеличить их адаптивность, точность и быстродействие при прогнозировании выбросов вредных веществ в атмосферу в режиме реального времени. Ученые отмечают, что в будущем нейросетевую модель можно будет использовать при создании систем управления наземными газотурбинными установками и авиационными двигателями нового поколения.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно