Вісник № 01. Гідравлічні машини та гідроагрегати

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/58717

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 7 з 7

Експериментальні та розрахункові дослідження пульсацій тиску у радіально-осьовій гідротурбині
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Кухтенков, Юрій Михайлович
Силова взаємодія вихрових джгутів у відсмоктуючій трубі РО гідротурбін з елементами проточного тракту може приводити до серйозних аварій. Зменшення низькочастотних пульсацій тиску є актуальною задачею, так як сприяє підвищенню надійності і збільшенню потужності гідроагрегатів. Для цього інколи використовують спеціальні пристрої. Метою цієї роботи було порівняння сучасних методик розрахунку низькочастотних джгутових пульсацій тиску у відсмоктуючій трубі з експериментом. Проведені експериментальні дослідження пульсацій тиску у проточній частині і на лопаті робочого колеса гідротурбіни РО115 у широкому діапазоні режимів роботи. Виконані чисельні експерименти по визначенню джгутових пульсацій тиску з використанням просторової математичної моделі по методиці НТУ "ХПІ". З іншого боку, були виконані розрахунки пульсацій тиску на основі сучасного пакета програм гідродинаміки, які вирішують завдання механіки суцільного середовища і використовують рівняння Рейнольдса. Процес вирішення завдань в цьому випадку здійснюється за допомогою пакету прикладних програм CFD, що включає етапи: створення тривимірної моделі розглянутого об'єкта за допомогою системи САПР; побудова розрахункової сітки; вибір математичної моделі турбулентності; завдання граничних умов. Порівняння експериментальних та розрахункових результатів вказують на їх гарне узгодження. Прогнозування пульсацій тиску за приведеними методиками при проектуванні гідротурбін дає можливість в подальшому для вибору кращої проточної частини з меншими пульсаціями тиску (з меншими втратами) і з більш високими енергокавітаційними показниками. У першому випадку для виконання задачі потрібні незначні ресурси машинного часу, а похибка при розрахунку амплітуд пульсацій тиску становить до 15–20 % в порівнянні з експериментальними даними, у другому – 10 % при значно більшому часі розрахунків. Надалі результати розрахунків джгутових пульсацій тиску використовуються в розрахунках на міцність елементів проточної частини гідротурбіни з великими запасами по коефіцієнтам міцності, тому можливе використання математичних моделей різної складності у прогнозних розрахунках джгутових пульсацій тиску у відсмоктуючій трубі.
Кінематичні параметри течії нафти у вихорокамерному насосі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Роговий, Андрій Сергійович; Лук'янець, Сергій Ігорович
Складні умови експлуатації насосів для перекачування нафти вимагають від гідравлічних машин високих показників надійності, довговічності та ефективності. Розчинений у нафті газ приводить до виникнення у проточних частинах насосів областей зі змінною густиною та до зриву характеристик. Використання струминних насосів обмежене внаслідок низьких показників коефіцієнту корисної дії (ККД). Тому, експлуатація нових типів струминних насосів – вихорокамерних насосів для видобування та транспортування нафти є цілком перспективним за рахунок збільшення показників ефективності перекачування через використання у цих насосах переваг від центрових та струминних нагнітачів. З іншої сторони, на сьогоднішній день, будь-яких досліджень з поводження вихорокамерних насосів під час перекачування нафти проведено ще не було. В даній роботі на основі числового розрахунку течії нафти у вихорокамерному насосі отримано кінематичні параметри течії із урахуванням та без урахування розчиненого газу у нафті. Розрахунок здійснено на основі вирішення рівнянь Рейнольдса, нерозривності та рівнянь Релея-Плессета у програмному комплексі Ansys CFX. Вперше для вихорокамерного насоса під час перекачування нафти отримані розподіли швидкості нафти та розчиненого газу, розподіли об'ємних та масових концентрацій, графіки розподілів швидкостей в різних горизонтальних площинах вихрової камери, що дозволяє врахувати кінематичні параметри течії у вихровій камері для подальшого оптимального проектування вихорокамерних насосів. Вперше на основі числових досліджень підтверджено можливість використання вихорокамерних насосів для перекачування нафти. При цьому ККД складає приблизно 15 %, що майже вдвічі перевищує ККД прямоточних струминних насосів, що використовуються для цієї мети. Вибір моделі, за якою відбувається розрахунок числовими методами, значно впливає на точність розрахунку інтегральних характеристик роботи вихорокамерного насоса.
Modern software for the numerical study of flow in hydraulic machines
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Krupa, Y. S.; Demchuk, Yevheniia
In the past few decades, the field of developing computer software systems has been actively developing, which in turn leads to competition in the software market. Qualified engineers working in the hydroturbine industry must be able to use a computer not only at the user level, but also at the programmer level in order to program modules for their own needs based on existing software systems. Recently, numerical simulation has become applicable to an ever wider class of flows, replacing experimental research methods. Certain numerical models are characterized by different areas of applicability and expenditures of computational resources. The paper provides an analytical review of modern CFD software systems. The advantages and disadvantages of these programs are analyzed in terms of building a three-dimensional model of the object of study, creating a computational grid, setting boundary conditions and visualizing the calculation results. The analysis and comparison of existing mathematical models that used to calculate the spatial flow in the flow path of hydraulic machines has been carried out. There are many different programs for solving hydrodynamic problems, some of the advanced commercial software systems are Ansys, SolidWorks Flow Simulation, Autodesk CFD. There are also open source software products. These automatic design systems make it possible not only to perform high-quality modeling of systems of various physical nature, but also to study the response of these systems to external influences in the form of distributions of pressures, temperatures, and velocities. The calculation algorithms in the programs are similar; the distinctive features of the programs can be evaluated according to the following criteria: grid generation, accuracy, reliability (convergence), calculation speed, model physics, system flexibility. The use of modern software packages for studying the hydrodynamic characteristics of the flow in hydraulic machines significantly reduces the time and material resources in comparison with physical modeling.
Система регулювання швидкості гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Гасюк, Олександр Іванович
Наведено аналіз існуючих у світовій і вітчизняній практиці систем управління гідротурбін. Розглянуто конструктивні особливості побудови схем з дискретним і дискретно-аналоговим способом управління. Наведено схеми управління частотою обертання гідротурбіни провідних фірм-виробників гідротурбінного обладнання: ВО "ЛМЗ" і ALSTOM POWER HYDRO (Франція, Гренобль). Приведена комп'ютерна система регулювання швидкості гідравлічної турбіни гарантує безаварійну роботу в разі відхилення навантаження і збоїв в електромережі. Можливий повністю автоматичний спосіб управління гідроагрегатом, при якому комп'ютерна система управляє турбіною самостійно, на основі врахованих датчиками параметрів роботи гідроагрегату, відповідно до програми керуючої ЕОМ. Система управління постійно контролює роботу гідротурбіни, регулює її швидкість згідно з навантаженням, виконує адекватні керуючі операції. Виконано аналіз роботи схем з урахуванням специфіки функціонування системи регулювання. Розглянуто нелінійну математичну модель гідромеханічної частини регулятора для оцінки показників якості перехідних процесів, що відбуваються в процесі пуску, зупинки і реверсу гідротурбіни. Показано, що розробка теорії і методів проектування з використанням обох підходів, математичних моделей і алгоритмів управління, спрямованих на підвищення точності позиціювання і надійності гідропневмосистем з можливим спрощенням схемних рішень, є найважливішим завданням, спрямованим на отримання значного економічного ефекту при вирішенні цієї найважливішої проблеми. Отримані результати доводять, що застосування позиційних гідропневмоприводів для побудови системи управління швидкістю гідротурбіни з дискретним і дискретно-аналоговим управлінням, дозволяє синтезувати гідропневмоприводи з високою точністю позиціонування, без застосування дорогих гідророзподільників з пропорційним управлінням.
Удосконалювання енергетичних параметрів нафтових струминних насосів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Роговий, Андрій Сергійович; Костюк, Марія Олександрівна; Азаров, Андрій Сергійович
Складність видобутку нафти з великих глибин внаслідок значних кількостей піску, води та інших домішок призвела до того, що все більшого поширення отримують свердловинні струминні нафтові насоси. Їх використанню під час видобутку нафти сприяють такі фактори, як практично нечутливість до вмісту розчиненого у нафті газу та інших домішок у порівнянні з іншими типами насосів; простота конструкції й відсутність рухомих частин, що притаманно усій струминній техніці. Надійність та довговічність струминних насосів на порядок перевищує ці показники будь-яких інших насосів, що використовуються у нафтогазовидобутку. Отримання досконалих характеристик струминного нафтового насосу потребує системного підходу до аналізу характеристик та моделювання течії у насосі. Перекачування нафти є складною задачею внаслідок того, що є досить велике розмаїття типів нафти та речовин, що можуть в неї входити у різних родовищах. Це приводить до проблем під час моделювання роботи насоса та до використання більш складних моделей течії рідини від реологічних моделей до моделювання кавітації. Ускладнення математичних моделей течії провокує збільшення помилок моделювання, ускладнення верифікації течії та знаходження раціональних коефіцієнтів й коригувань до моделей турбулентності. В роботі удосконалено енергетичні параметри нафтових струминних насосів розрахунковим шляхом. Виконано проектування струминного насосу для перекачування нафти та проведені його числові розрахунки з різними моделями турбулентності та агрегатними станами середовищ. Отримані кінематичні характеристики течії та розраховано ККД насоса. В результаті розрахунку моделі з кавітацією отримано, що ККД насоса дорівнює 10 %, що у три рази перевищує результат розрахунку без урахування кавітації. Збільшений ККД відповідає асимптотичним методикам розрахунку характеристик насоса.
Отримання математичних моделей багатозонних технологічних агрегатів шляхом практичної ідентифікації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Мигущенко, Руслан Павлович; Кропачек, Ольга Юріївна; Коржов, Ігор Михайлович; Баранюк, Тарас Олександрович
Сучасне промислове обладнання являє собою обширну кон'юктуру об'єктів промислового та сільськогосподарського призначення. Такі об'єкти потребують контролю технічних і технологічних процесів під час їх функціонування та можливості управління названими процесами в режимі реального часу. Побудова систем контролю і управління промисловими об'єктами потребує вивчення таких об'єктів, а це неможливо без наявності відповідної математичної моделі процесів, що протікають в обладнанні. Відомо, що будь-які процеси можуть бути описані диференційними рівняннями відповідного порядку. Проте, практична робота з такими рівняннями на виробничому рівні вкрай ускладнена. Перетворення диференційних рівнянь в алгебраїчні за допомогою перетворення Лапласа дозволяє здійснювати теоретичне чи імітаційне моделювання у виробничих умовах. Найбільш поширеними процесами, які протікають в промислових об'єктах, є теплові і вібраційні процеси. Математичні моделі дозволяють оцінити відповідні процеси в технічних (технологічних) об'єктах, визначити статичні та динамічні характеристики процесів, виявити рівень взаємного впливу блоків об'єктів, провести імітаційне моделювання процесів тощо. Традиційно існує два можливих способи отримання математичних моделей процесів в промислових об'єктах – теоретичний, оснований на побудові рівнянь за апріорними відомостями з наступною верифікацією результату, та методи практичної ідентифікації, основані на знятті вихідних характеристик об'єкту на практиці. Зважаючи на доступність об'єкту дослідження авторами був обраний другий шлях. В якості промислового об'єкту був прийнятий двохшнековий екструдер виробництва ТОВ "Науково-виробниче підприємство "ПАКС", м. Харків, який може застосовуватися у складі обладнання для гранулювання зі стренговою порізкою. Авторами виконані роботи з практичної ідентифікації промислового об'єкту, отримані та проаналізовані математичні моделі процесів в об'єкті, надані рекомендації по створенню інформаційно-вимірювальної системи обраного обладнання.
On the theory of synthesis of minimal schemes of systems control of hydraulic and pneumatic drives
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Cherkashenko, M. V.
Showed the strict compliance of the scientific direction "Synthesis of minimum control schemes of hydraulic and pneumatic drive systems" developed by the author with the point of view of general algebra, algebra of logic, graph theory and automata theory. The synthesis of the minimum graph of operations, which is a mathematical model of the control system, has been proved. The legitimacy of the methods of undivided decomposition of equations describing the scheme of the control system has been proved. The control system is considered as a cyclic Moore finite automaton. By a cyclic automaton (CA) we will understand the mathematical model of a device designed to control cyclic processes, which are a set of technological operations performed in a certain sequence. In this regard, the automaton at each clock necessarily passes into some new state, and for a finite number of cycles the target reaches any state, and its graph contains a contour, covering all states. In general, the CA may contain several circuits, so that each circuit is interpreted either as one of the possible sequences of technological operations due to the corresponding mode of operation, or as an independent and simultaneous execution of a number of sets of technological operations. A sequential decomposition of the CA is presented in order to represent it by the sequential operation of automata with one internal state. Such a consideration of the function of transitions will naturally lead to a decrease in the number of elements in the implementation of the CA. The study will be subjected to the CA, the graph of which consists of a single circuit, since the results obtained are easily generalized to multi-circuit CA. Obtaining a breakdown of the states of a cyclic automaton in the manner indicated above is performed directly according to any automaton description without any additional calculations, tables and other constructions.