Вісник № 01. Гідравлічні машини та гідроагрегати

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

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 12

Експериментальне дослідження зміни геометричних параметрів пожежних рукавів при застосуванні пожежного ствола Protek 366
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Стась, Сергій Васильович; Биченко, Артем Олексійович; Пустовіт, Михайло Олександрович; Мигаленко, Олексій Іванович; Колесніков, Денис Валерійович
З метою транспортування води та робочих розчинів піноутворювачів до осередку пожежі при гасінні великих пожеж, або пожеж з віддаленими вододжерелами зазвичай прокладаються магістральні рукавні лінії. Їх складовими є окремі напірні пожежні рукави, вони бувають різного діаметру. У результаті їх експлуатації при транспортуванні вогнегасних речовин пожежні рукави можуть змінювати свої геометричні параметри, перед усім довжину. Для різних типів рукавів та їх різних діаметрів встановлено, що під дією гідродинамічного тиску відбувається їх подовження. У деяких випадках при застосуванні заглушки на кінці пожежного рукава коефіцієнт відносного подовження пожежних рукавів складав 1,04. Для дослідження були використані 3 типи рукавів: рукави напірні пожежні латексні діаметрами 51 мм та 77 мм типу Т та рукави пожежні напірні із двостороннім полімерним покриттям діаметрами 51 мм типу Т, всі рукава раніше використовувалися під час реальної роботи пожежних розрахунків. Результати, представлені у роботі, є усередненням кожного з трьох типів рукавів. Експерименти проводилися за нормальних умов на відкритому повітрі із використанням пожежного ствола Protek 366 за умови сталості витрати рідини й різних значень тиску на його вході. Пожежні рукава розміщувалися на горизонтальній поверхні. Величина подовження пожежних рукавів при транспортування ними води залежала від фізико-механічних властивостей матеріалів, з яких вони виготовлені, тиску рідини на їх вході й витрати. Максимальне подовження (62 см при довжині рукава 1960 см, відносне подовження становило 0,032) було зафіксоване при транспортуванні води пожежним рукавом діаметром 77 мм при тиску на його вході 1,0 МПа та витраті 1,9 л/с, питання зміни втрат напору за довжиною не розглядалися. Суттєвих змін діаметрів пожежних рукавів зафіксовано не було.
Проектування відцентрового насоса за допомогою програмного забезпечення AxSTREAM®
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Шевченко, Наталія Григорівна; Іващенко, Владислава Юріївна; Рублевський, Євген Юрійович; Закора, Олександр Олександрович
У роботі використовується програмне забезпечення AxSTREAM® компанії SoftInWay (США) для проектування турбомашин. Національний технічний університет "ХПІ" (м. Харків) отримав право на використання ліцензійного програмного забезпечення та документації торгової марки AxSTREAM® в освітньому процесі. Результати комп'ютерного моделювання та чисельних досліджень отримано у процесі підготовки магістрів за програмою "Галузеве машинобудування". У роботі використовується сучасний підхід до проектування проточних частин гідравлічних машин. Цей підхід заснований на спільному вирішенні прямої та зворотної задач гідродинаміки. Проведено тестування роботи інтерфейсу середовища AxSTREAM® для вирішення задач проектування, розрахунку та оптимізації проточних частин гідравлічних машин. Розглянуто модуль попереднього проектування в система AxSTREAM®. Наведено інформацію про особливості проектування та чисельне дослідження перебігу в'язкої стисливої рідини в проточній частині відцентрового насоса. У роботі отримано проект відцентрового насоса на задані технічні умови. Проведено розрахунки енергетичних параметрів відцентрового насоса. Проведено дослідження впливу обточування робочого колеса на енергетичні характеристики насоса. Виконано розрахунок просторової течії у проточній частині робочого колеса насоса НК 65/35-70. Подано порівняння результатів розрахунків за обома методами з експериментом. Підтверджено доцільність використання напівемпіричних моделей для отримання попередніх наближень щодо оптимізації проточної частини. Проведено огляд сучасних пакетів обчислювальної гідродинаміки.
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.
Особливості динаміки об'ємного гідропривода залежно від режимів зовнішнього навантаження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Аврунін, Григорій Аврамович; Пімонов, Ігор Георгійович; Щербак, Олег Виталійович; Мороз, Ірина Іванівна
Мета – науковий пошук можливості заміни механічного приводу обертання роторного метальника землерийної машини на об'ємний гідропривод і визначення його динамічних характеристик на основі математичної моделі, що розглядає режими пуску, руху робочого органу, що встановився, і його раптової зупинки на непереборній перешкоді з боку землі, яка відсипається. Метод. Статичний розрахунок об'ємного гідропривода на основі досліджень характеристик навантажень робочих органів землерийних машин і динамічний розрахунок з використанням пакета застосовних програм VisSim. Математична модель гідропривода включає імітаційні модулі регулювання подачі аксіальнопоршневого насосу і зміни моменту опору на режимах пуску гідромотора при холостому ході, нормальному навантаженні роторного метальника і раптовій зупинці. Результати. Для об'ємного гідропривода обертання метальника землерийної машини можуть бути застосовані героторні гідромотори з робочим об'ємом до 200 см³ , а також швидкохідні аксіальнопоршневі гідромотори з редукторами. Необхідні за робочим об'ємом героторні гідромотори серійно випускаються рядом інофірм. Розрахунок динаміки гідропривода показав, що при критичному режимі раптової зупинки роторного метальника при його попаданні на непереборну перешкоду з боку землі виникають затухаючі коливання тиску. Розроблена програма моделювання може бути суттєво поширена при використанні інших значень навантаження та частоти обертання гідромотора. Висновок. Результати проведених досліджень можуть бути використані при розробці землерийних машин нового покоління при заміні механічного приводу роторного метальника на об'ємний гідропривод.
Advantages of using hydraulic equipment of modular mounting in the modernization of machine hydrosystems
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Fatieieva, N. M.; Fatyeyev, O. M.; Ponomarov, Vladyslav
With each passing year, automation schemes that use hydraulics are becoming more and more complex. With the large number of hydraulic devices in the scheme, replacing threaded connections with other methods of mounting becomes very important. The analysis of building and mounting of hydraulic drives and hydraulic units on the example of metal-cutting machines, namely: round saw and turret lathe. The analysis shows that the optimal variant of pipeless mounting of hydraulic drives is mounting with the use of modular and butt hydraulic equipment. The main advantages of modular mounting are: reducing the number of pipelines and their connections; increasing drive rigidity, reducing noise; compactness, small size and weight; reducing labor costs and time for design and manufacture of the drive; convenience of operation, the ability to quickly reconfigure the drive, replace the failed unit without disassembly of the hydraulic drive; unification of mounting plates and hydraulic panels; increasing their seriality. In addition, with this type of mounting, there is always a constant distance between the individual devices and regulating bodies of different apparatuses that make up a typical element of a hydraulic system (its structural contour). This makes it possible to determine in advance the characteristics, properties and "behavior" not of individual hydraulic apparatuses included in the hydraulic system of the machine drive, but of groups of apparatuses that make up typical modular units. We have an opportunity to judge the characteristics of the hydraulic drive of the machine as a whole already at the stage of its design by predetermined characteristics of typical elements (modular units) included in the hydraulic system of the machine, which will significantly reduce the time for designing, debugging and launching the drive in production. The group of metalworking equipment, in which the hydraulic drive on the basis of modular and butt hydraulic equipment is easily performed, includes: turning group machines; drilling and boring machines; grinding group machines; broaching machines; cutting machines, milling machines and other special machines. Justified selection of the nomenclature of normalized hydrostations, modular and butt hydraulic apparatuses and other unified elements can solve the problem of creating up to 70–75 % of the manufactured hydraulic drives completely based on unified units.
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.
Бінарна електрогенеруюча установка для утилізації теплоти димових газів котлів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Шубенко, Олександр Леонідович; Сенецький, Олександр Володимирович; Бабак, Микола Юрійович
Робота присвячена розробці сучасних теплових схем для виробництва електричної енергії при утилізації теплоти димових газів котлів енерговузлів. На прикладі типової районної котельні досліджено параметри та потенціал теплоти, яка скидається до атмосфери з димовимигазами котлів, та визначено, що їх достатньо для генерації електричної енергії шляхом реалізації так званих органічних циклів Ренкіна. Для утилізації теплоти вихідних газів з температурою 280 °С при їх витраті 10 кг/с було досліджено триконтурну електрогенеруючу установку, яка подібна тим, що використовуються у геотермальній енергетиці. Проаналізовано ряд турбінних робочих тіл, що відповідають необхідним вимогам, та рекомендовано найбільш підходящі. Беручи до уваги характеристики джерела теплоти, з метою визначення раціональної конфігурації схеми виконано 50 розрахунків багатоконтурних теплових схем енергоустановок, що працюють на різних робочих тілах. Результати досліджень показали, що ефективність (електричний ККД) та потужність турбінного циклу визначається потенціалом скидної теплоти, термодинамічними властивостями робочого тіла, структурними та параметричними характеристиками схеми. Серед досліджених найкращі показники: електричний ККД 20,6 %, «корисну» електричну потужність 357 кВт при температурі вихідних газів 131 °С мала триконтурна утилізаційна установка з робочими тілами Вода / R-245fa / R-245fa. Варіант схеми з робочими тілами Вода / R-600a / R-600a програвав кращому варіанту ~ 8 кВт електричної потужності, але був визнаним більш перспективним, оскільки фреон R-600a (ізопропан) має споживчі переваги над R-245fa. Були також проведені розрахункові дослідження бінарної теплової схеми енергоустановки, які показали, що раціональним є використання для 1-го контуру Води, для 2-го – R-600a. Таке рішення дозволило отримати розрахункову «корисну» електричну потужність енергокомплексу ~ 290,8 кВт (1-й контур ~ 129 кВт, 2-й ~ 161,8 кВт). Програш бінарної схеми по «корисній» електричній потужності перспективному варіанту триконтурної схеми компенсується суттєвим спрощенням теплової схеми і, як наслідок, значно меншими капітальними витратами. Питома маса запропонованого теплообмінного обладнання установки з бінарною тепловою схемою становить ~ 150 кг/кВт. Враховуючи властивості робочого тіла, здійснено попередню проробку конструкцій турбін 1-го (Вода) та 2-го (R-600a) контурів. Для 1-го контуру запропоновано використовувати 6-ти ступінчату осьову турбіну, для 2-го – одноступінчату радіальну. Розрахунковим шляхом визначені геометричні характеристики проточних частин турбін. Попередня спрощена оцінка простого терміну окупності свідчить о непоганих перспективах впровадження запропонованої енергозберігаючої установки.