Вісник № 01. Гідравлічні машини та гідроагрегати

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/55296

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 12 з 12

Experimental study of cavitation-hydrodynamic luminescence in gas-liquid environment
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Nochnichenko, Igor; Kryvosheiev, Vladyslav; Jakhno, Oleg; Luhovskyi, Oleksandr
The article presents the results of the study of cavitation processes in technological equipment related to analytical phenomena that are accompanied by cavitation. One of the important factors accompanying cavitation processes is hydrodynamic luminescence. The information analysis of the existing theories of luminescence formation, including at hydrodynamic processes in liquids and gas-liquid environments is carried out that allowed to substantiate the basic conditions which provide emergence of the phenomenon of hydroluminescence. A literature search revealed that there is no unambiguous theory of the nature of sonoluminescence and hydroluminescence. These processes have several theories of their origin: thermal, electrical, quantum and even nuclear. Moreover, each theory is to some extent confirmed by the experiments of scientists, but at the same time is not fully disclosed. This ambiguous interpretation leads to the conclusion that the current situation cannot be considered satisfactory. Detailed experimental studies of this phenomenon are needed. For the practical study of the mechanisms of hydrodynamic luminescence, an experimental stand based on a hydrodynamic cavitator was developed and manufactured. This stand allows to investigate the cost characteristics of the cavitator, to observe and make photo and video fixation of the phenomenon of hydroluminescence in the flow of liquid or gas-liquid mixture, for which an ejector mixer was used. As a result of application of experimental-analytical method and technical visualization it is established that the phenomenon of hydroluminescence begins at an oil pressure of 20 bar, and at its saturation with inert gas – occurs at much lower pressures within 10 bar. According to our observations, with increasing flow velocity in the narrowing region, cavitation first occurs, then, with a further increase in the flow velocity, single sparks begin to appear, and at some point there is a "breakdown" and a stable glow. Based on the results of processing and analysis of experimental studies, a conceptual model of the stages of origin and development of the cavitation process and the accompanying effects is built. The conducted researches allowed to reveal the cavitation zones arising in the cavitator. Cavitation areas were identified with the help of high-speed video recording and the mechanism of its development was investigated. In addition, the visualized characteristics of the closed volume to some extent clarify the existing ideas about the behavior of the liquid and gas-liquid mixture in the nozzle. It is concluded that the phenomenon of hydroluminescence (triboluminescence) can be used as a method of cavitation visualization. At the same time, the management of workflows that accompany the phenomenon of cavitation is quite relevant because it allows you to deal with the undesirable consequences of cavitation.
Physical fundamentals of ultrasonic degassing
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Stryczek, Jaroslav; Antoniak, Piotr; Banas, Michal; Stryczek, Piotr; Jakhno, Oleg; Luhovskyi, Oleksandr; Gryshko, Igor
One of the key benefits of hydraulic system is its rigidity. It lets the signal to be transmitted from the source to the recipient with no loss. Positioning accuracy of actuators significantly depends on the rigidity. The higher the rigidity, i. e. volumetric elasticity modulus, the more accurate performance of hydraulic actuators. The presence of free and dissolved air in liquid is one of the key properties that affect the rigidity. Means of degassing discussed in the paper show a good potential for the mechanical methods, especially for the cavitation technologies. Based on the physical aspects of degassing, the authors recommend to use high- and low-amplitude ultrasonic oscillators to remove air from reservoirs of hydraulic systems. Experiments with degassing of various liquids: water (density ρ = 1000 kg/m3); hydraulic oil (density ρ= 860 kg/m3); engine oil (density ρ= 844 kg/m3) were mainly focused on the amount of extracted air depending on the duration of oscillations. Comparative analysis of degassing velocities at liquid settling technique and ultrasonic degassing technique proved that the latter one has a better potential. A great deal of attention was paid to the problem of the degassing of hydraulic reservoir, directly at suction line of the pump. The removal of dissolved and free air significantly influences the non-cavitational operational mode of the pump. Which, in turn, prevents the equipment from early failure.
Solution of the problem of calculating the leakage working fluid in eccentric gap of the ball piston pair hydraulic fluid power machine
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Samorodov, Vadym; Avrunin, Grigory
Goal. Conclusion of an analytical expression for calculating leaks in the gap between the ball-pistons and cylindrical holes in the cylinder blocks of radial-piston hydraulic pumps and hydraulic motors of hydraulic fluid power transmission. The object of study was the hydraulic fluid power transmission of the GOP-900 model in a monoblock design, consisting of a pump with an adjustable displacement and an hydraulic motor with a constant displacement. Method. For the laminar flow of the working fluid in the gap between the ball-piston and the cylinder, a calculation scheme is developed and a corresponding mathematical model is proposed for calculating the flow differential in each of the sections along the forming hole in the cylinder block of the hydraulic machine, followed by the integration of the specified differential. The calculation of the working fluid leaks in the MathCAD-15 medium allowed us to determine the average values of leaks with a concentric and eccentric arrangement of the piston balls in the holes of the cylinder blocks for specific set values for the diameters of the piston balls, the viscosity of the working fluid and the pressure drop between the discharge and discharge cavities. Results. For the first time аnalytical expressions are obtained that allow calculating leaks in the gap between the ball-piston and the hole in the cylinder block of a radial-piston hydraulic machine. The adequacy of the mathematical model is confirmed by the results of comparisons with the data of experimental measurements of working fluid leaks. It is shown that the coefficient of eccentricity of the circular gap used in the calculations using the Hagen-Poiseuille formula with a value of 2,5 is significantly overestimated. Conclusion. The method of calculating working fluid leaks in ball-piston hydraulic machines is recommended for use by specialists when developing new hydraulic machines and conducting diagnostics of the technical condition of those in operation in order to determine the volumetric efficiency and, in particular, its effect on the speed of vehicles whose transmissions use hydraulic machines with ball-pistons.
Визначення гідродинамічних характеристик оборотних гідромашин на основі методів математичного моделювання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Тиньянова, Ірина Іванівна; Рєзва, Ксенія Сергіївна; Дранковський, Віктор Едуардович
Питання дослідження та модернізації проточних частин оборотних гідравлічних машин зараз дуже актуальні. При розробці проточних частин оборотних гідромашин широко використовуються математичні моделі опису робочого процесу, які ґрунтуються на різних ступенях його деталізації. В даній роботі розглядається опис робочого процесу на макро- та мікрорівнях, що дає можливість вирішувати комплекс задач в залежності від поставлених цілей. Одним із методів є метод з використанням безрозмірних усереднених параметрів. В роботі отримані рівняння моделі (макрорівень) робочого процесу, які можуть бути використані як для аналізу кінематичних і енергетичних характеристик оборотної гідромашини при фіксованій геометрії проточної частини, так і для чисельного моделювання впливу геометричних параметрів на ці характеристики. Стаття містить залежності витрати, ККД, потужності від геометричних і режимних параметрів, що дозволяють вже на початковій стадії проектування оцінити енергетичні якості оборотної гідромашини. Наведено формулу для визначення кута потоку за напрямним апаратом. Наведено розрахунки енергетичних характеристик для проточних частин оборотних гідромашин ОРО200, ОРО500. Побудовані поверхні гідравлічного ККД для ОРО200 і ОРО500, визначені теоретичні і енергетичні параметри. Для більш досконалого дослідження оборотної гідромашини було проведене чисельне дослідження на мікрорівні за допомогою програми CFD, що дозволило отримати розподіл тисків та швидкостей в проточній частині в турбінному режимі при оптимальних значеннях витрати та обертів. Розглядаються питання дослідження балансу енергії. Аналіз результатів досліджень показав, що гідравлічні втрати займають значну долю від загальних, тому в ході роботи були визначені гідравлічні втрати в елементах проточної частини насос-турбіни на основі методу усереднених безрозмірних параметрів та методу просторової течії. Порівняльний аналіз отриманих результатів за різними моделями з результатами фізичного експерименту показав задовільну збіжність, що свідчить про доцільність застосування обраних методів для дослідження оборотних гідромашин.
Вплив складу та реології нафтової продукції на роботу штангової насосної установки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Шевченко, Наталія Григорівна; Фатєєва, Надія Миколаївна; Іващенко, Владислава Юріївна; Фатєєв, Олександр Миколайович
Розглянуто експлуатацію нафтових свердловин із застосуванням штангових глибинних насосів. Досліджено, що склад і властивості середовищ, що перекачуються, істотно впливають на робочі параметри насосного обладнання, приводять до підвищення енергетичних витрат на підйом продукції, зриву подачі та іншим технічним проблемам. Продукція свердловин є суміш нафти, води та газу – газорідинна суміш. Зміна пластових умов (тиск та температура) уздовж свердловини змінює об'ємну частку вільного/розчиненого газу у нафті та фізичні властивості газорідинної суміші. Проведено огляд промислових реологічних показників водонафтової суміші при механізованому видобутку нафти. Аналіз показав, що зміна об'ємної концентрації води в нафті у діапазоні 50–80 % сприяє зміні реологічних показників та приводить до підвищенняв'язкості. Прийнято допущення, що нелінійну в'язку модель водонафтової емульсії типу Гершеля-Балклі можна описати узагальненою ньютонівської моделлю з введенням ефективної в'язкості. Для дослідження складу нафтової продукції на ефективність роботи насосної установки розглянуто наступні взаємопов'язані задачі. Перша – визначити залежності зміни гідродинамічних характеристик нафтогазового потоку у свердловині, динамічного рівня та місця установки насоса. На пластові умови на прийомі у насос провести розрахунки робочих характеристик штангового насоса. Для обраної конструкції колони штанг визначити напругу у точці підвісу штанг – перевірка забезпечення міцності. Розрахувати основні енергетичні показники всієї насосної установки. Розв'язання цих завдань виконано за допомогою програмного комплексу. У роботі удосконалена методика визначення ефективної в'язкості з урахуванням зміни реології промислових даних. У роботі проведено дослідження зміни об'ємної долі вільного газу та води у нафтогазової продукції на глибину установки насоса, динамічний рівень, тиск у насосі, режимні параметри насоса. Надано результати аналізу впливу зміни структурної в'язкості водонафтової продукції на параметри всієї насосної установки.
Від класичної до цифрової підстанції
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гриб, Олег Герасимович; Сендерович, Геннадій Аркадійович; Дяченко, Олександр Васильович; Швець, Сергій Вікторович; Ярова, Інна Сергіївна
Існуюча модель управління електроенергетикою з кожним днем втрачає свої можливості. Тобто мова йде саме про нагальність зміни моделі роботи та взаємодії складових електроенергетики, аби зробити мережі більш чутливими до навантаження із змінюваних джерел генерації в умовах змінюваного попиту. Виклик, з яким зустрілися постачальники послуг на комунальному рівні – це збільшення конкуренції завдяки збільшенню розподіленої доступної пропозиції енергетичних послуг. Таким чином, постачальники енергетичних послуг для задоволення потреб споживачів мають діяти проактивно, пропонуючи їм індивідуально оптимізований сервіс, водночас захищаючи конфіденційність операцій та забезпечуючи безпечний контроль за даними транзакцій поміж учасниками енергетичного ринку. Специфіка змінюваних відновлювальних джерел енергії, окрім проблем забезпечення сталої доставки енергії у відповідності з попитом, потребує створення потужностей із накопичення перегенерованої в певний час енергії, швидкого балансування та керування якістю самої енергії. Ці виклики можна подолати створенням штучно «інтелектуалізованої» енергосистеми, тобто енергетика з оперативної точки зору має теж стати «розумнішою» та ефективнішою. Одним із ключових елементів інтелектуальних електроенергетичних систем є цифрові підстанції, які забезпечують новий рівень розвитку в управлінні технологічними процесами передачі і розподілу електроенергії. Перехід до передачі сигналів в цифровому вигляді на всіх рівнях управління підстанцією дозволить створити технологічну інфраструктуру для впровадження інформаційно-аналітичних систем, знизити помилки недообліку електроенергії, зменшити капітальні та експлуатаційні витрати на обслуговування підстанції, а також підвищити електромагнітну безпеку і надійність роботи мікропроцесорних пристроїв. Впровадження цифровізованих систем, забезпечує більш високу швидкість і безпеку передачі інформації, взаємозамінність окремих компонентів системи, підвищення надійності системи. Основна ідея цифрових підстанцій полягає в організації обміну інформацією між різними інтелектуальними електронними пристроями і системами автоматизації різних рівнів управління за допомогою протоколів передачі даних. Найбільш повно принципи обміну інформацією на цифрових підстанціях формуються групою стандартів IEC 61850. Авторами статті було розглянуто переваги застосування цифрових систем управління, які розроблені відповідно до міжнародного стандарту IEC 61850. Також був проведений аналіз поетапного переходу від класичної підстанції до цифрової.
Динамічні характеристики гідроприводу робочого колеса поворотно-лопатевої гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гасюк, Олександр Іванович; Цента, Євген Миколайович
У статті досліджується робочий процес мехатронного гідроприводу робочого колеса поворотно-лопатевої гідротурбіни на основі удосконаленої математичної моделі. Поліпшення показників якості динамічних характеристик забезпечено введенням в пристрій управління двох ПІД-регуляторів з диференціальним ізодромним каналом налаштування. Відпрацювання малих переміщень поршня сервомотора (малих кутів повороту лопатей) з достатньою для практики точністю досягнуте шляхом постановки і вирішення задачі динамічного синтезу коригувального пристрою. Значення отриманої кривої вводяться в програмне забезпечення системи управління і в процесі роботи надходять в пропорційний канал ПІД-регулятора, перетворюючи його в коригувальний пристрій. При цьому одночасно досягнута інваріантність робочого процесу, в тому числі, в режимі малих кутів повороту лопатей гідротурбіни. Дана оцінка впливу збільшення газовмісту в двофазній робочій рідині до 15 %. Отримані результати підтверджують необхідність зниження газовмісту в робочій рідині, що викликає коливання тиску в об'ємному гідроприводі, причому двофазна робоча рідина викликає більш суттєві коливання, ніж однофазна. Результати проведених досліджень можуть бути використані при розробці нових об'ємних гідроприводів та дозволяють аналізувати динамічні характеристики гідроприводів різного призначення. Оптимізація проводилася методом проб і помилок та методом Polak Ribiere пакета VisSim для здобуття синтезованої нелінійної залежності коефіцієнта розузгодження е. Дослідження динамічних процесів проводилось в пакеті імітаційного моделювання VisSim і дана оцінка показникам якості перехідних процесів для забезпечення заданої точності при малих переміщеннях сервомотора.
Методика побудови структурно-імітаційних математичних моделей компонентів систем гідроприводу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Узунов, Олександр Васильович; Губарев, Олександр Павлович
Аналіз відомих підходів до побудови математичних моделей дозволив виявити їх схожість на загальному рівні і основну проблему їх розробки. Проблема полягає у значних втратах часу і фахових ресурсів внаслідок великої кількості ітеративних циклів забезпечення адекватності моделі. В роботі наведено методику побудови математичних моделей робочих процесів компонентів систем гідроприводу. Особливістю методики є використання у якості основи моделі змістовної структури процесу функціонування об'єкту моделювання. Для виявлення в процесі дій об'єкту такої структури і перевірки її відповідності реальним процесам використано ряд критеріїв. Таким критеріями є – досяжність запланованого результату (продуктивність); циклічна повторюваність процесу (замкненість); логічна визначеність процесу (достатність). Відповідність структури моделі вказаним критеріям забезпечує, на понятійному рівні, її адекватність структурі процесу функціонування реального об'єкту. Математичний опис моделі будується шляхом наповнення імітаційної структури описами елементарних процесів та їх логічних взаємозв'язків. Імітація процесу функціонування виконується у вигляді нескінченого циклу відповідно до структури та математичного опису у формі програмного коду в операційному середовищі комп'ютера. Використання методики дозволяє скоротити терміни розробки математичних моделей за рахунок зменшення часу отримання її коректної версії. Працездатність розробленої методики перевірено на прикладі її застосування для побудови моделі функціонування гідравлічного демпферу. Побудовану модель перевірено на коректність та стійкість за допомогою серії експериментів. Серед яких є: визначення реакції демпферу на дію зовнішньої сили, яка змінювалась за ступінчатим законом, перевірка стійкості роботи моделі при зміні величини такту циклічного процесу моделювання та різних параметрах демпферу, перевірка стійкості роботи моделі в жорстких експлуатаційних умовах, та інші. Результати експериментів підтвердили працездатність методики і коректність математичної моделі.
Пристрої і заходи щодо зменшення низькочастотних джгутових пульсацій тиску у відсмоктуючих трубах жорстколопатевих гідротурбін
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Кухтенков, Юрій Михайлович
Рівень нестаціонарності в жорстколопатевих гідротурбінах в значній мірі залежить від рівня пульсацій тисків, які обумовлені рухом вихрових джгутів за робочим колесом у відсмоктуючий трубі. Силова взаємодія вихорів з елементами проточного тракту може призвести до серйозних аварій. Зменшення низькочастотних джгутових пульсацій тиску є актуальним завданням, так як сприяє підвищенню надійності і збільшення потужності гідроагрегатів. Експериментально виявлено, що на режимах недовантаження і форсування потужності в гідротурбінах має місце наявність одного або декількох вихрових джгутів. Метою роботи було розглянути різні заходи, що сприяють зниженню рівня амплітуд джгутових пульсацій тиску в проточній частині. Це досягається за допомогою впуску повітря під робоче колесо або застосуванням різних спеціальних конструктивних пристроїв. Були досліджені такі пристрої: поворотні елементи лопаті робочого колеса в РО гідротурбіні, поворотні лопаті подовженого обтічника робочого колеса пропелерної гідротурбіни; хрестовини, циліндричні вставки у відсмоктуючий трубі, обтічники робочого колеса різної довжини, профільовані бички на стінці відсмоктуючої труби. Був досліджений вплив впуску повітря на рівень низькочастотних джгутових пульсацій тиску у проточному тракті в широкому діапазоні режимів роботи при випробуваннях модельної гідротурбіни. Зазначено на перевагу запропонованих пристроїв по зниженню джгутових пульсацій тисків в відсмоктуючий трубі в порівнянні з вже існуючими способами. Наведені результати експериментальних досліджень на модельних стендах та натурній гідротурбіні, які підтверджують ефективність використання запропонованих розробок.
Розробка технологічної концепції проектування процесів кування з урахуванням впливу режиму деформування на якість поковок
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Чухліб, Віталій Леонідович; Ашкелянець, Антон Володимирович; Губський, Сергій Олександрович; Петров, Олександр Васильович; Дуванський, Олександр Миколайович; Палієнко, Володимир Олексійович; Окунь, Антон Олександрович
Окреслені основні напрями досліджень, які полягають у застосуванні і створенні нових підходів щодо розробки і вдосконалення технологічних процесів кування з отриманням поковок прогнозованої якості, що засновані на визначенні нерівномірності деформації та поздовжньої кривизни при зміні напряму деформування при виконанні операцій осаджування та протягування. Розроблений метод прогнозування об'ємної нерівномірності деформації в процесах гарячого деформування на основі теоретичного визначення зони максимальної нерівномірності деформації в перерізі поковки та пов'язаної з нею поздовжньої кривизни. Раніше вказаний підхід щодо прогнозування об'ємної нерівномірності деформації металу при куванні був невідомий. Це дає можливість оцінювати і визначати раціональні режими деформації при куванні для одержання необхідних властивостей виробів. З використанням розробленого методу можливо проведення дослідження нових схем кування валів та дисків і встановлені поля розподілу нерівномірності деформації в об'ємі заготовок, які дозволяють встановити раціональні режими кування і забезпечать підвищення рівномірності розподілу механічних властивостей виробів та зниження викривлення поковки. При застосуванні запропонованого методу розроблені нові технологічні процеси виготовлення поковок.
Удосконалення лопатевих гідротурбін радіально-діагонального типу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Потетенко, Олег Васильович
Потреба електроенергії на душу населення в усіх країнах, що розвиваються, безперервно зростає. При цьому зростає частка пікових навантажень добового регулювання в єдиній енергоелектричній системі. Покриття цих навантажень можливе єдиним раціональним способом за рахунок використання гідроенергетичних агрегатів, обладнаних маневреними (що швидко запускаються зі стану спокою), з широким діапазоном надійної експлуатації по витратах (потужностях) і напорах, гідротурбінами. Крім усього іншого, гідроенергетика є відновлюваною, найдешевшою і екологічно чистою системою вироблення електроенергії. У даній статті розглянуті питання та напрями підвищення енергокавітаційних і експлуатаційних показників гідротурбінного обладнання, призначеного для експлуатації на пікових навантаженнях при добовому регулюванні. У роботі докладно проаналізовані напрями вдосконалення основних показників, що характеризують енергетичні і експлуатаційні переваги лопатевих гідротурбін радіально-діагонального типу на різні діапазони експлуатаційних напорів. В результаті нових конструктивних рішень і удосконалення системи управління (регулювання), на які отримані патенти України на винаходи, істотно розширені експлуатаційні діапазони високоефективної й надійної роботи гідроагрегатів по напорах і витратах (потужностях), які дозволяють їм успішно функціонувати на змінних, пікових навантаженнях добового регулювання, захищаючи єдину енергоелектричну систему від «розвалу» частоти при несподіваних скидах або підвищеннях споживаного навантаження в електричній мережі. Вперше у світовій практиці гідротурбобудування розроблені високоефективні гідротурбіни радіально-діагонального типу на широкі діапазони напорів навіть до 600–800–1000 м. Представлена експлуатаційна характеристика гідротурбіни РОД 600-4,5 з діаметром робочого колеса D1 = 4,5 м, одиничною потужністю 600 МВт, діапазоном експлуатаційних напорів H = 430–730 м і потужністю N = 300–600 МВт демонструє унікальні енергетичні й експлуатаційні показники (при ККД 89–94,5 %).
Чисельне дослідження енергетичних характеристик горизонтальної капсульної гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Крупа, Євгеній Сергійович
Проведення чисельного експерименту дозволяє зменшити фінансові витрати на проведення лабораторних випробувань модельної гідротурбіни на гідродинамічних стендах, а також дозволяє у більш швидкі строки спроектувати високоефективну гідротурбіну, яка відповідає всім вимогам замовника. В останні роки був досягнутий істотний прогрес у створенні засобів моделювання та розрахунку течій рідини, що дозволяють виконувати розрахунок з настільки високою вірогідністю одержуваних результатів, що необхідний обсяг експерименту в багатьох випадках зводиться до мінімуму. Було проведено чисельне моделювання просторового потоку в горизонтальній капсульній гідротурбіні ПЛ-15ГК-100 з використанням двох сучасних програмних комплексів – комерційного FlowVision та OpenFOAM, який випущено під ліцензією GNU GPL (ліцензія вільно поширюваного програмного забезпечення з відкритим кодом). Процес вирішення поставлених гідродинамічних задач за допомогою програмних комплексів CFD (Computational Fluid Dynamics) включає в себе наступні етапи: створення тривимірної моделі об'єкта за допомогою системи автоматичного проектування; побудова розрахункової сітки з необхідними параметрами; вибір математичної моделі; вибір відповідної моделі турбулентності; завдання граничних умов. Приведено візуалізацію результатів чисельного дослідження просторового потоку по двом програмним комплексам та виконано порівняння результатів розрахунку з даними модельних випробувань. Здійснено розрахунок гідравлічних втрат в проточній частині горизонтальної гідротурбіни. Даний аналіз дозволив зробити висновок про подібність результатів розрахунку тривимірного протоку в проточній частини гідротурбіни в програмних комплексах FlowVision та OpenFoam. Отримані в результаті чисельного експерименту значення гідравлічного ККД гідротурбіни для обох програмних комплексів адекватно співпадають з аналогічними значеннями експериментальних досліджень, розбіжність складає близько 0,5 %.