Вісник № 02. Гідравлічні машини та гідроагрегати

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/44404

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 15

Анализ эффективности выхлопного отсека цилиндра низкого давления с разрезным диффузором в диапазоне режимов
(Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Солодов, Валерий Григорьевич; Конев, Владимир Афанасьевич
Разработана и исследована численная модель варианта выхлопного отсека, включающего межступенчатый канал, отбор пара перед диафрагмой последней ступени, два отсоса пара из межвенцового зазора с камерой влагоудаления, надбандажные протечки, инжекцию пара из камеры влагоудаления в канал диффузора. Представлены результаты численного исследования газодинамических и энергетических характеристик выхлопного отсека цилиндра низкого давления, включающего последнюю ступень с рабочей лопаткой длиной 1100 мм и выхлопной тракт, на частичных режимах. Течение в каждой расчетной подобласти описывается полной системой нестационарных уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу-Фавру. Турбулентные эффекты описаны на основе модели SST Ментера в ступени, и модифицированной дифференциальной модели турбулентности Спаларта-Аллмараса в тракте. Интегрирование системы уравнений Навье-Стокса и ассоциированных уравнений осуществляется с помощью авторского программного комплекса MTFS®. Расчетные подобласти аппроксимируются неструктурированными гексагональными сетками. В данных расчетах солвер использует неявную разностную TVDсхему конечных объемов 2-го порядка точности на основе решения задачи Римана на гранях элементарных объемов. Организация вычислений использует вариант алгоритма, основанного на расщеплении вычислительного процесса для многопроцессорных платформ. Модель ступени основана на осреднении потоков массы, импульса и энергии в окружном направлении. Передача параметров от ступени к патрубку и обратно осуществлялась на основе осреднения по массовому расходу. Все расчеты выполнены на основе модели влажного пара, заданного таблицами. Использовано приближение равновесной конденсации. Исследуется работа варианта выхлопного отсека для частичных режимов турбины К-220-44-2М АЭС «Ловииса». Обсуждается эффективность организации выхода избыточного пара из камеры влагоудаления через тангенциальные щели в нижней половине выпуклой оболочки диффузора.
Управління і енергетичні моделі оборотних гідромашин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Сокол, Євген Іванович; Черкашенко, Михайло Володимирович; Дранковський, Віктор Едуардович
Запропоновані способи управління оборотними гідромашинами з використанням програмованих мікропроцесорних контролерів і гідроапаратури з пропорційним управлінням. Розглянуті питання енергетичної взаємодії потоку в проточній частині високонапірної оборотної гідромашини, яка базується на блочно-ієрархічному підході до математичного моделювання робочого процесу. Розглянуто три моделі кінематичного опису потоку, направлені на вирішення конкретних завдань проектування. Описана кінематична модель потоку, що враховує зсув осесиметричних поверхонь струму в робочому колесі із зміною режиму, яка є найбільш загальною моделлю руху потоку. Дана модель дозволила отримати вирази для коефіцієнта теоретичного напору і коефіцієнтів опорів для різних категорій втрат в робочому колесі, які були записані в безрозмірній формі на підставі теорії гідродинамічної подібності. Застосування безрозмірних параметрів систематизує і узагальнює дані чисельного експерименту. Використання поліноміальних моделей для опису зв'язку між геометричними і режимними параметрами зручно як для проведення чисельних досліджень, так і для аналізу впливу геометричних і режимних параметрів на енергетичні характеристики оборотної гідромашини в турбінному режимі. Представлена математична модель дозволяє проводити аналіз як окремих елементів проточної частини, так і різних категорій втрат, пов'язаних з їх фізичною природою в лопатевих системах. Отримані результати вказують на певну закономірність розподілу втрат в елементах проточної частини, що дозволило розробити стратегію цілеспрямованих модифікацій проточної частини, що задовольняють поставленим завданням. За допомогою чисельного експерименту проведений аналіз впливу окремих видів втрат на енергетичні показники, а також встановлені гранично можливі значення параметрів (витрати, потужності, гідравлічного ККД, коефіцієнта швидкохідності і ін.), які можна отримати за рахунок зменшення втрат.
Научно-методологический подход к созданию энергосберегающих технологий на основе установки турбин малой мощности на низкокипящих рабочих телах
(Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2019) Шубенко, Александр Леонидович; Бабак, Николай Юрьевич; Сенецкий, Александр Владимирович; Sarapin, Volodymyr
Проведен анализ тенденции изменения использования топливно-энергетических ресурсов для выработки электроэнергии. Показано, что все большее внимание уделяется выработке электрической энергии на основе утилизации вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Для упрощения решения задачи энергосбережения на этапе создания новых энергетических установок и при совершенствовании существующих объектов, имеющих в своем составе ВЭР достаточного потенциала, построена и предложена иерархическая структура комплексного методологического подхода. Методологический подход позволяет оценить целесообразность решения задачи энергосбережения на основе реализации паротурбинных циклов на низкокипящих рабочих телах. Структура подхода представляет собой определенную совокупность и последовательность действий, начиная с анализа источника теплоты и заканчивая расчетом и подбором теплообменного и турбинного оборудования. При этом задача поиска рационального решения решается на каждом этапе формирования тепловой схемы. Согласно представленному методологическому подходу выбирается рабочее тело, формируется тепловая схема, рассчитываются теплообменники и турбина. Предложено выбирать теплообменное оборудование из существующего в нефтехимической отрасли, что позволяет снизить затраты при реализации проекта. Более сложным элементом тепловой схемы является турбина, которая в большинстве случаев требует индивидуального подхода. Это приводит к необходимости проектирования новой проточной части для каждого отдельного случая. Показана важность определения оптимальных соотношений расхода и степени расширения рабочего тела в проточной части турбины с учетом особенностей проектирования и изготовления лопаточных аппаратов. В качестве примера представлены расчетные исследования когенерационной энергетической установки, для которой получены характеристики тепловой схемы, предложены рациональные варианты теплообменного оборудования, а также подобрана оптимальная степень расширения в турбине для получения максимальной эффективности энергетической установки и технически реализуемой проточной части турбины.
Комплексна методика визначення часткової участі споживача в відповідальності за порушення показників якості електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Сендерович, Геннадій Аркадійович; Дяченко, Олександр Васильович; Захаренко, Наталя Сергіївна; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Рудевіч, Наталія Валентинівна
В електроенергетиці одним з найважливіших аспектів електрозбереження і екологічності є поліпшення якості електроенергії і забезпечення електромагнітної сумісності. Якість електроенергії безпосередньо пов'язана з економічністю виробництва, розподілу і споживання електричної енергії. В умовах ринкової економіки мережеве підприємство і споживач виступають як рівні комерційні партнери, суб'єкти єдиного процесу розподілу і споживання електричної енергії. Для забезпечення зацікавленості в підвищенні якості електроенергії необхідно забезпечити такі умови, при яких збитки, які несуть суб'єкти процесу розподілу електричної енергії, оплачували дійсні винуватці. У міжнародній практиці визначення відповідальності за порушення якості електроенергії домінують два принципи визначення допустимості приєднання споживача до мережі в разі порушення вимог до показників якості електроенергії, які можна висловити логічними формулами: «платить останній» і «кожен платить свою частку». Для України, країни з розвиненими електричними мережами, в яких заходів щодо дотримання якості електроенергії традиційно не достатньо, доцільно використовувати другий принцип, який передбачає індивідуальну відповідальність суб'єктів і теж широко використовуваний у світовій практиці експлуатації електричних мереж. Згідно з цим принципом кожен суб'єкт процесу розподілу електричної енергії має право на внесення своєї частки спотворень, але при цьому зобов'язаний компенсувати збитки від зниження якості електроенергії, відповідно цієї частки. Об'єктивну оцінку часткової участі в компенсації збитку доцільно покласти на детерміновані розрахунки, які позбавлені фактору впливу на їх результат з боку постачальника або споживачів електричної енергії. Запропонована методика комплексного визначення відповідальності за порушення якості електричної енергії. Методика визначення зваженого коефіцієнта відповідальності дозволяє враховувати: можливість одночасного спотворення кількох показників якості електроенергії, таких як усталене відхилення напруги, несиметрія напруги, несинусоїдальність напруги, одним суб'єктом, можливість одночасного спотворення одного показника якості електроенергії різними суб'єктами, можливість одночасного спотворення декількома суб'єктами різних показників якості електроенергії.
Технологія гідропіскоструминної перфорації у свердловинах з аномально високими пластовими тисками з використанням гнучких насосно-компресорних труб
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Римчук, Данило Васильович; Пономаренко, Віта Василівна
Сфери застосування колтюбінга, або колони гнучких труб досить різноманітні. При підземному ремонті свердловин здійснюють поточний та капітальний ремонт, вплив на пласт і привібійну зону. Використання колони гнучких труб внесло позитивні зміни в практику буріння нафтових і газових свердловин особливо при їхньому закінчуванні, а також робіт з гідропескоструйної перфорації. Запропоновано технологію гідропіскоструминної перфорації у свердловинах з аномально високими пластовими тисками з використанням гнучких насосно-компресорних труб з депресією та репресією на пласт, що допоможе ознайомити спеціалістів нафтогазової промисловості з прогресивною технологією вторинного розкриття продуктивних горизонтів. Розроблено схеми обв’язки гирла свердловини та технологічного обладнання при проведенні гідропіскоструминної перфорації з використанням гнучких насосно-компресорних труб у свердловинах з аномально високими пластовими тисками та детально описано їх принцип роботи. Запропоновані схеми рекомендовано використовувати як типові при проведенні робіт з гідропіскоструминної перфорації з депресією та репресією на продуктивний горизонт. Зроблено висновки щодо доцільності проведення робіт за технологією, описаною в статті, з метою запобігання кольматації та розбухання породи привибійної зони продуктивного пласта при попаданні рідини-пісконосія в процесі перфорації.
Чисельне моделювання робочого процесу в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни РО45
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Русанов, Андрій Вікторович; Хорєв, Олег Миколайович; Биков, Юрій Адольфович; Косьянов, Дмитро Юрійович
Представлено результати розрахунку потоку в'язкої нестисливої рідини в проточній частині натурної низьконапірної радіально-осьової гідротурбіни РО45, що була розроблена фірмою ВАТ «Харківтурбоінжиніринг» і впроваджується компанією Go Goal (Індія) для проекту модернізації ГЕС Дхаліпур (Індія). Модель проточної частини, що запропонована «Харківтурбоінжиніринг», була випробувана на гідродинамічному стенді. Її геометричні параметри незначно відрізняються від турбін ГЕС Дхаліпур. Була поставлена і вирішена задача шляхом повної заміни експериментальних досліджень на розрахункові визначити гідродинамічні параметри турбіни в широкому діапазоні експлуатаційних режимів, підтвердити її високі показники і їх відповідність тендерним вимогам. Моделювання течії в'язкої нестисливої рідини в проточній частині гідротурбіни РО45 виконано за допомогою програмного комплексу IPMFlow на основі чисельного інтегрування рівнянь Рейнольдса з додатковим членом, що містить штучну стисливість. Для врахування турбулентних ефектів застосовується диференціальна двопараметрична модель турбулентності SST Ментера. Чисельне інтегрування рівнянь проводиться за допомогою неявної квазімонотонної схеми Годунова другого порядку точності за простором і часом. Дискретизація досліджуваної розрахункової області виконана за допомогою структурованої (канали направляючого апарату і робочого колеса) і неструктурованою (спіральна камера з колонами статора і відсмоктувальна труба) сітки з шестигранними комірками. В результаті численних досліджень були отримані такі результати: визначено структуру потоку у всіх елементах проточної частини і визначено значення ККД турбіни для експлуатаційних режимів, що відповідають 60; 70; 80; 90; 100 % від номінальної потужності при розрахунковому і максимальному напорах на станції; визначено параметри оптимальних за ККД режимів для цих напорів. Аналіз результатів численних досліджень підтвердив високі енергетичні характеристики гідротурбіни і їх відповідність вимогам замовника. Підтверджено, що деяка відмінність геометричних параметрів підводу несуттєво вплинула на показники проточної частини.
Застосування методу осереднених безрозмірних параметрів для визначення оптимального режиму роботи високонапірної оборотної гідромашини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Рєзва, Ксенія Сергіївна; Тиньянова, Ірина Іванівна; Косоруков, Олександр Володимирович
Представлено аналіз робіт в області гідродинамічних розрахунків, який відзначає відсутність єдиних підходів в питанні систематизації та узагальнення результатів проведених досліджень. Запропоновано метод визначення оптимальних параметрів роботи оборотної гідромашини, що базується на безрозмірних осереднених параметрах. Даний метод дає можливість на ранніх етапах проектування нових проточних частин спрогнозувати енергетичні характеристики роботи насос-турбін, визначити їх оптимальні параметри, враховуючи при цьому особливості роботи. Він дозволяє визначити основні параметри в насосному режимі роботи агрегату, для подальшої перевірки енергетичних та кінематичних параметрів в турбінному режимі. В роботі представлені рівняння математичного моделювання робочого процесу обраним методом при вирішенні задачі впливу геометричних параметрів високонапірної оборотної гідромашини на параметри оптимального режиму. Також даний метод дослідження дозволяє візуалізувати отримані результати у вигляді прогнозної характеристики, графіків розподілу втрат, поверхонь ККД (повного або гідравлічного), т. д. У результаті проведення оптимізаційних розрахунків проточних частин гідромашин (ОРО200, ОРО500) було побудовано поверхні гідравлічного ККД, визначено кінематичні та енергетичні параметри, побудовано прогнозну характеристику, з нанесеною на ній линією максимального значення потужності. Проведений порівняльний аналіз отриманих результатів з результатами чісельного дослідження просторової течії і результатами фізичного експерименту показав добру збіжність, що свідчить про доцільність застосування обраного методу для дослідження високонапірних оборотних гідромашин.
Застосування методів інтервального аналізу для визначення експлуатаційних характеристик енергоблоків АЕС
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Потаніна, Тетяна Володимирівна; Єфімов, Олександр В'ячеславович
Державна програма продовження терміну експлуатації енергоблоків АЕС України та нормативні документи підкреслюють важливість розробки методів підвищення достовірності оцінки показників безпеки, надійності і ефективності експлуатації систем і устаткування енергоблоків атомних електростанцій. Для модернізації систем керування енергетичними об'єктами і забезпечення точності прийнятих персоналом рішень необхідна розробка моделей процесів і устаткування, які враховують численні чинники невизначеності вхідних і вихідних даних, неточності вимірювань. Розглянуто визначення експлуатаційних (енергетичних) характеристик одного із значущих елементів вологопарових турбін енергоблоків АЕС – сепаратора-пароперегрівника: побудова залежності температури пари, що нагрівається, на виході з першого ступеня від навантаження енергоблоку. Представлено нелінійну модель такої залежності, коефіцієнти якої визначено за допомогою методу мінімізації Левенберга-Марквардта. Наявність нестатистичного характеру похибок вимірювань і невизначеностей в експериментальних даних робить некоректним застосування класичних статистичних методів. Розглядається ситуація обмеженості похибки без вірогідної інформації про її розподіл. Для оцінювання коефіцієнтів емпіричної залежності, що конструюється за результатами експериментальних даних, пропонується застосування чисельних методів інтервального аналізу. Описано теоретичну суть кроків інтервального оцінювання та математичний апарат, що дозволяє побудувати інтервальну модель. Здійснено перехід до лінійної моделі, параметри якої – інтервали, що є мінімальними зовнішніми оцінками інформаційної множини параметрів. Інтервальний підхід дозволяє побудувати уточнену трубку, яка гарантовано містить припустимі залежності температури пари, що нагрівається від електричної потужності енергоблоку. В ситуації невизначеності даних та обмеженості похибок чисельні методи інтервального аналізу дозволяють створювати моделі процесів та устаткування енергоблоків атомних електростанцій з максимально можливою їх відповідністю реальному об'єкту.
CFD підхід для аналізу характеристик потоку високонапірної радіально-осьової гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Миронов, Костянтин Анатолійович; Олексенко, Юлія Юріївна; Миронов, Вадим Костянтинович
З ростом обчислювальної механіки віртуальні гідравлічні машини стають все більш реалістичними, дають можливість визначити незначні деталі потоку, що в свою чергу неможливо отримати при тестуванні моделей. В данній роботі проведено 3D турбулентний аналіз реального потоку в радіально-осьовій гідравлічній турбіні при трьох відкриттях направляючого апарату та різній швидкості обертання за допомогою програмного забезпечення для обчислювальної динаміки рідин (CFD) Ansys CFX. Обчислюються для отримання характеристик потоку середні значення параметрів потоку, такі як швидкість і кути потоку на вході і на виході з робочого колеса, направляючого апарату і статору. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проектування гідротурбіни проводиться чисельне моделювання потоку. Даний підхід CFD знижує витрати і час в порівнянні з експериментальними підходом і дає можливість удосконалити і аналізувати показники турбіни і її конструкцію до моменту виготовлення моделі. Розрахунковий комплекс програм надає можливість побачити картину розподілу тиску, поле векторів швидкості і руху частинок рідини для обґрунтування та аналізу результатів. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що гідравлічний коефіцієнт корисної дії гідравлічної турбіни в значній мірі залежить від втрат в напрямному апараті і робочому колесі і означає, що саме цим елементам варто приділяти найбільші увагу, їх конструкції та узгодженню потоку в них. Отримані розрахункові дані відповідають відомим раніше експериментальним рекомендаціям для високонапірної радіально-осьової гідротурбіни.
Improvement of the working process of hydroturbines and its regulation systems
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Migushchenko, Ruslan; Potetenko, Oleg; Gasiyk, Alexander; Krupa, Evgeniy
The paper provides the detail analysis of the causes of various types of the vortex motion of the turbulent flow in the inlet parts of the turbine and in the inter-blade channels of the runner. The causes of the appearance of large-scale vortex structures in the meridional sections of the spiral case of radial-axial hydraulic turbines with the heads of 400–500 m are shown. As a result of this phenomenon, in the section of the spiral case the flow is directed in the region of the walls to the runner. In the central part it is directed from the runner, i. e. the spiral case executing its functions of supplying the flow functions only with part of its section – the near-wall zone – where the vortex near-wall flow with increased velocity and energy losses enters to the channels of the runner. These conclusions in the work are argued by extensive experimental data. Energy losses in the spiral case reaches 3–5 % and a complex vortex structure, which enters to the runner, leads to a decrease of the energy characteristics. The flow inlet to the runner using nozzle devices located on the ring in front of the runner is considered in the paper. These nozzle devices increase the velocity by five or more times and provide low losses in the inlet (about 0,5 %) and almost uniform flow in front of the runner with a moment of quantity of motion, which provides an optimal operation of the hydraulic turbine. The improvement of the working flow and control systems is presented in this paper using new design solutions, for which more than ten patents of Ukraine for the invention were obtained. In particular, as a result of this study of the working processes of Francis-Deriaz hydraulic turbines, which allowed the use of blade turbines for the heads of more than 400–500 m up to 800–1000 m with high energy and cavitation characteristics with wide operating areas in terms of rates (powers) and heads, with an increase of 2–7 % average operating efficiency. The working process of a new type of diagonal-axial hydraulic turbine with a very wide operation range in terms of flow and pressure with a significantly increased average operating efficiency, increased operation reliability, which is illustrated by the predictive universal characteristic, is also considered. This characteristic allows the use of rotary-blade hydraulic turbines for heads up to 230–250 m. Therefore, the carried out improvement of the working process of hydraulic turbines and their control systems convincingly proves the advantage of the new scientific and technical solutions in comparison with previously used ones.