Вісник № 02. Гідравлічні машини та гідроагрегати

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/56720

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 13 з 13

Calculation of the spatial flow in the francis high-head turbine using the CFD software package
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Krupa, Y. S.
At present, the development of software packages for calculating computational fluid dynamics problems has reached a high level of efficiency, accuracy and flexibility, with their help it is possible to solve the most diverse and complex problems. All modern software packages for computational fluid dynamics solve the problems of continuum mechanics using models based on the Navier-Stokes equations. These models are based on three conservation equations: conservation of mass, conservation of momentum and conservation of energy. A numerical simulation of the spatial flow of a high-head radial-axial hydraulic turbine Fr 310 was carried out for two variants of the flow path – with an runner with 15 blades (modification 1) and with 17 blades (modification 2), using the OpenFOAM software package. The OpenFOAM software package is one of the most used products designed to solve fluid dynamics problems and is distributed under a free GPL license (General Purpose License). The process of solving the set hydrodynamic problems using the CFD (Computational fluid dynamics) software package includes the following stages: creating a three-dimensional model of the object under consideration using a computer-aided design system; construction of a computational grid with the required parameters; selection of a mathematical model that most accurately describes the working process in the flow parts of hydraulic machines; selection of a suitable turbulence model; setting boundary conditions. A visualization of the results of a numerical study of two modifications of the Fr 310-V-100 hydraulic turbine is presented. A method for calculating hydraulic losses in the flow path of a hydraulic turbine is presented. The analysis of the results of numerical simulation was performed. This analysis showed that the modification of a hydraulic turbine with a runner with 15 blades is better in terms of efficiency than the modification with 17 blades. Comparison of the two modifications was carried out exceptionally by the values of the hydraulic efficiency of the hydraulic turbine.
Improvement of steam inlet of the high pressure cylinder for K-220-44-2 turbine of the Loviisa NPP
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Solodov, Valerii
A model for calculating the viscous flow of steam through a conical perforated steam sieve is proposed. The model takes into account the complex geometry of the channels, the results of design and engineering developments and computational studies to optimize the stop valves of the steam line for flow path of the high-pressure cylinder of the K-220-44-2 turbine for the Loviisa NPP are considered (Finland). The main attention during the modernization of stop valves 1 and 2 was paid to the problem of reducing losses on the steam sieve. A number of design features largely offset the effect of a large number of holes. These include the flow around the perforated surface at an angle to the axis of the holes; obstruction of the steam line channel behind the side surface of the steam sieve with three longitudinal ribs, as well as by an annular zone without holes at the junction of the side and bottom surfaces. During modernization the inner diameter of the inlet part of the body in casting was increased, which made it possible to increase the free cross-section of the perforated steam sieve. The proposed design solutions were investigated numerically. The spatial three-dimensional flow of a viscous compressible steam through the flow path was analyzed by numerically integrating the system of Navier-Stokes equations averaged by Reynolds-Favre. The system was supplemented with equations of the differential turbulence model. The integration of the system of Navier-Stokes equations and associated equations was carried out using the author's software package. The calculated subdomains were approximated by unstructured hexahedral meshes. The solver used an implicit difference scheme of finite volumes of the 2nd order of accuracy and a variant of the algorithm that allows efficient splitting of the computational process for multiprocessor platforms. The solid walls were assumed to be adiabatic, the no-slip condition and the equality of effective vortex viscosity to zero were set on them. Turbulent effects were described based on the Menter model and the modified Spalart-Allmaras turbulence model.
Influence of hydrodynamic characteristics of water passage elements on energy parameters of pump-turbine
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Tynyanova, Irina; Rezvaya, Kseniya; Drankovskiy, Viktor
Ukraine has sufficient potential for the development of renewable energy sources. Renewable energy of our country is actively developing. The demand for accumulating hydropower services will grow. This is due to the requirements of modern energy systems to align the schedule for operation in peak load zones. The solution to the problem of creating highly efficient equipment for pumped storage power plants largely depends on the correct selection of the geometry of the water passage elements of the reversible machine, which provide the required level of its energy parameters. The paper deals with the issues of modeling the hydrodynamic characteristics of the blade systems of a reversible hydraulic machine. Changes in energy parameters in the range of basic operating modes of the hill-chart are largely due to changes in the hydrodynamic characteristics of a reversible hydraulic machine. The general approach to describing the hydrodynamic characteristics of blade systems is based on the use of dimensionless parameters characterizing the flow in the characteristic section of the water passage. Expressions, which establish the relationship between the hydrodynamic characteristics and dimensionless complexes and express the general laws of the interaction of the flow with the runner of a reversible machine, are given. The influence of the hydrodynamic parameters of blade systems on the formation of the energy characteristics of a reversible hydraulic machine is considered. Analysis of the hydrodynamic characteristics of individual elements of the water passage allows to analyze their influence on the energy characteristics of a reversible hydraulic machine. The results of such an analysis are the basis for solving a wide range of issues that arise when designing a reversible hydraulic machine. This paper presents the calculations of the energy characteristics for the water passages of reversible hydraulic machines ORO200, ORO500. The calculated data indicate the decisive influence of the hydrodynamic parameters of the spatial lattice on the parameters of the optimal regime.
Modeling the shape of tool wear during cutting of the composite materials
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Khavin, G. L.
The process of the shape changing for the tool cutting edge in relation to the initial state due to wear during cutting of polymer composite materials is considered. Modern experimental achievements in the study of the nature of changes in microgeometry in the process of wear are analyzed. Based on the analysis of experimental data, an assumption was made about a slight change in the initial rake angle and the rounding radius of the tool tip during wear. On this basis, a conclusion was made about the one-parameter nature of the change in the geometry of the tool cutting edge in the process of interaction with the composite. A model for removing the volume of material is proposed, which makes it possible to determine the total loss of weight of the tool during the cutting process. The relationship between flank wear, dimensional wear and change in tool weight is shown. A geometric model is used to determine weight loss. The proposed assumptions in the mathematical model are discussed. As a first approximation in the calculations, a simplified definition of the worn area near the tool tip is proposed. A generalized algorithm for step-by-step calculation of the tool tip geometry and the inverse problem of weight loss during operation are considered.
Synthesis and analysis of control schemes of hydropneumatic drives
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Lynnyk, Aleksandr; Cherkashenko, M. V.; Fatieieva, Nadezhda; Fatyeyev, Aleksandr; Ponomarov, Vladyslav
The method of analysis of circuits of hydropneumatic actuators is offered, which allows to detect and eliminate existing design errors, mainly related to the inconsistency of inputs operating between technological operations and "power struggle" on actuators, as well as the method of synthesis to obtain the scheme, which contains close to the minimum number of logical elements. A formalized method of analysis of control circuits of hydropneumatic actuators is proposed, which allows to detect and eliminate errors possible during synthesis. Equations of output functions and internal states of the system are written directly according to the scheme of the hydropneumatic drive by the method of standard positional structure and from the matrix of correspondences by the method of minimization. Error detection is carried out by determining the correctness of the graph of operations, analysis of the input sequence, the correctness of the matrix of correspondences and the corresponding system of equations. The efficiency of using the matrix of correspondences of M. Cherkashenko for the analysis of schemes is shown, the dimension of which does not depend on the number of inputs and outputs, but only on the number of transitions between technological operations. The proposed method is an effective means of detecting errors, inaccuracies, performance checks, rational construction of circuits, and can be widely used by designers of control systems for hydropneumatic actuators, as well as university students in the study of methods of construction of circuits.
Аналіз насосних агрегатів для розриву нафтових пластів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гасюк, Олександр Іванович; Цента, Євген Миколайович; Шевченко, Наталія Григорівна
Наведено основні короткі відомості про насосні установки для гідравлічного розриву пласта, створені в різних країнах, взяті з сайтів заводів та фірм-виробників, довідкової літератури. В даний час для гідравлічного розриву пласта застосовуються спеціальні насосні установки, які змонтовані на різних монтажно-транспортних шасі, що забезпечують повний привід. Наведено основні технічні характеристики установок, що дають лише загальну оцінку виробу без схеми встановлення та переліку елементної бази реалізації. З метою зіставлення насосних установок різних фірм таблиці побудовані за однойменними показниками. Запропоновано вирішальний критерій, що відображає сукупність енергетичних та масогабаритних характеристик, компактність. Він дозволяє обґрунтувати подальший розвиток, який буде пов'язаний із гідроприводними насосними агрегатами, тобто з більш широким використанням сучасних гідромашин та гідроапаратури. Слід зазначити, що установка для гідравлічного розриву пласта являє собою в цілому динамічну машину, робота якої супроводжується нестаціонарними процесами руху технологічної рідини в свердловині, в пласті, що розривається, при дії пластового тиску на глибинах понад 1500 м. При цьому при розробці насосного агрегату використовувалася нова конструкція регульованого аксіально-поршневого насоса АНП-500 з робочим об'ємом 500 см 3 /об та тиском 35 МПа, що розроблений у НДІ Гідропривід (м. Харків). Огляд відомих джерел показав, що подальше вдосконалення, розвиток та підвищення ефективності насосних установок та агрегатів для гідравлічного розриву пласта стає актуальною проблемою нафтогазової промисловості. Ця проблема може бути вирішена шляхом обґрунтованого вибору приводу; забезпечення плавного регулювання подачі; суттєвого зниження пульсації подачі та тиску суміші, що надходить у свердловину; зменшення маси та габаритів.
Вплив геометричних параметрів робочого колеса на енергетичні показники радиально-осьової гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Миронов, Костянтин Анатолійович; Дмитрієнко, Ольга Вячеславівна; Миронов, Вадим Костянтинович
У статті наводиться методика пошуку раціональних варіантів спроектованого робочого колеса радіально-осьової гідротурбіни, яка заснована на чисельному моделюванні впливу геометричних та режимних параметрів на енергетичні характеристики гідротурбіни. Такий пошук здійснюється за допомогою багатоваріантного чисельного аналізу на основі математичного опису енергетичної взаємодії потоку з робочими органами гідротурбіни. Викладена методика прогнозування та аналізу кінематичних та енергетичних характеристик дозволяє визначати кінематичні (швидкості, кути потоку) та енергетичні параметри (баланс втрат енергії, ККД) у заданому діапазоні режимних параметрів. Ці дані необхідні для оцінки окремих видів втрат (тертя, циркуляційних, ударних та ін.). Така інформація є основою для внесення змін до геометрії робочого колеса (модифікацій) з метою підвищення енергетичних показників. Математичний опис робочого процесу заснований на принципах блочно-ієрархічного підходу і є комплексом взаємопов'язаних між собою моделей різного рівня. При цьому кожен ієрархічний рівень характеризується різним ступенем деталізації математичного опису та своїм підходом під час вирішення задачі. Загальна структура математичного опису встановлюється за допомогою основного рівняння гідротурбіни та рівняння балансу енергії. Для отримання функціональних залежностей між основними параметрами гідротурбіни з геометричними та режимними параметрами у безрозмірній формі використовуються методи теорії розмірності. При побудові моделей втрат вноситься певна похибка у зв'язку з прийнятим припущенням незалежності видів втрат друг від друга. Наведена методика не дозволяє досить точно визначити величини ККД. Однак вона дозволяє з'ясувати основні закономірності зміни в залежності від режимних і геометричних параметрів для різних варіантів модифікацій робочого колеса. Це підтверджується задовільною збіжністю дослідних даних та результатів розрахунку.
Експериментальне дослідження зміни геометричних параметрів пожежних рукавів під час подачі вогнегасних речовин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Стась, Сергій Васильович; Биченко, Артем Олексійович; Колесніков, Денис Валерійович; Мигаленко, Олексій Іванович; Пустовіт, Михайло Олександрович
Окремі напірні пожежні рукави різного діаметру і лінії, що складаються з них, є основною частиною системи транспортування води та робочих розчинів піноутворювачів до осередку пожежі. Максимальна довжина магістральних і робочих рукавних ліній в багатьох випадках є визначальним фактором ефективності гасіння пожежі. Дальність подачі вогнегасних засобів безпосередньо залежить від максимального напору пожежного насоса, втрат напору в магістральних і робочих рукавних лінях, необхідного напору на пристроях подачі вогнегасних засобів та висоти розташування пристроїв подачі вогнегасних засобів. Втрати напору в пожежному рукаві залежать від геометричних параметрів рукава, типу і стану внутрішньої поверхні пожежного рукава, кількості води, що проходить по рукаву за одиницю часу. При практичних розрахунках втрат напору в рукавній лінії прийнято використовувати величину гідравлічного опору одного пожежного рукава певного діаметру. Під дією робочого тиску геометричні параметри рукава і рукавної лінії змінюються, змінюється і значення гідравлічної шорсткості внутрішньої поверхні пожежного рукава. В роботі представлені результати вимірювання основних геометричних параметрів декількох видів пожежних рукавів при транспортуванні води (їх зовнішнього діаметра і довжини). Були використані 3 типи рукавів, зразки відібрано випадковим чином, всі рукави раніше використовувалися під час реальної роботи пожежних підрозділів оперативно-рятувальної служби. Кожного з типів рукавів було взято по 6 одиниць. Результати, представлені в роботі, є усередненням для кожного з трьох типів рукавів. Акцентовано увагу на зміну внутрішнього об'єму рукавів та їх маси, питання зміни втрат напору по довжині не розглядалися. Було практично підтверджено істотне подовження декількох типів рукавів при транспортуванні води.
Зв'язок коронного розряду з якістю електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Гапон, Дмитро Анатолійович; Рудевіч, Наталія Валентинівна; Дем'яненко, Роман Ігорович
Розглядається як змінилися масштаби використання електричної енергії у світі i як економічний ринок поступово збільшував вимоги до такого товару, як електроенергія. Наведені результати дослідження якісних показників електроенергії електричних мереж із напругою 35–110–220–330 кВ. Показано наявність відхилень параметрів якості електроенергії в аналізованих мережах. Зосереджена увага на гармонійних складових, що має місце в результатах проведених досліджень. Наведено класифікацію факторів впливу, що призводить до генерації гармонійних складових. Вони поділенні на групи, такі як зовнішні та внутрішні. В свою чергу зовнішні чинники діляться на антропогенні та природні, а внутрішні чинники групуються в споживачів електричної енергії та енергетичне обладнання. Проведено аналіз з боку енергетичних компаній, які проводять заходи щодо підвищення якості електричної енергії. З точки зору енергетичних компаній найбільш цікаві тільки фактори, що впливають на гармонійну складову через енергетичне обладнання передачі і розподілу електричної енергії. А так як розповсюдженим явищем є коронний розряд, він, в свою чергу, є джерелом гармонійної складової. До того ж між коронним розрядом та гармонійною складовою є позитивний зворотній зв'язок. Лише наявність гармонійної складової стимулює виникнення коронного розряду і навпаки. Проведений аналіз показує, що коронний розряд залежить не тільки від параметрів електричної мережі, але ще від природніх факторів, таких як: дощ, сніг, туман, іній, підвищена вологість – все це призводить до втрат потужності на коронний розряд. Боротьба із коронним розрядом в енергетичних компаніях призводить до зменшення збитків та зменшення втрат потужностей під час знаходження у роботі енергетичних комплексів.
Контроль стану вузлів динамічних промислових об'єктів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мигущенко, Руслан Павлович; Ребров, Олексій Юрійович; Кропачек, Ольга Юріївна
В даній статті розглянута можливість здійснення контролю стану вузлів складного динамічного промислового об'єкту за рахунок використання безрозбірних технологій. В якості базового промислового об'єкту обрана паливна система дизель-генераторної установки, основним елементом якої є форсунка. Базовим параметром для відслідковування стану промислового об'єкту є механічна вібрація. Вимірювальний канал з п'єзоелектричним датчиком отримує вимірювальний сигнал, нормує його характеристики і переводить в цифрову форму. Отримана дискретна реалізація є часовою реалізацією, для аналізу такої реалізації здійснюється спектральне перетворення вимірювального сигналу. В статті досліджені основні методи спектрального перетворення: перетворення Фур'є, віконне перетворення Фур'є, неперервне вейвлет перетворення, дискретне вейвлет перетворення. Були проаналізовані переваги і недоліки кожного методу і обраний базовий для подальших досліджень. Для здійснення контролю стану вузлів складного промислового динамічного об'єкту в режимі реального часу запроваджується дискретне вейвлет перетворення з використанням вейвлету Хаара. Вейвлет Хаара дозволяє виконати автоматизацію алгоритму спектрального перетворення із залученням електронного діагностичного блоку з мінімальними характеристиками по об'єму пам'яті і швидкодії. Розкладення вимірювального сигналу механічної вібрації дозволяє представити цей сигнал в різних частотах і виділити корисний сигнал, постійну складову, низькочастотний тренд і шумову складову сигналу. Корисний сигнал досліджений на предмет близькості в просторі інформаційних ознак по відстані d паливної системи з робочими форсунками і із заданими несправностями. Це дозволило розробити і реалізувати на практиці алгоритм контролю стану форсунок дизель-генераторної установки в режимі реального часу.
Моделювання виконавчого рівня апаратів систем промислового гідроприводу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Левченко, Олег Васильович; Губарев, Олександр Павлович
Запропоновано узагальнену структуру моделі роботи системи промислового гідроприводу з великою кількістю виконавчих пристроїв та складними алгоритмами роботи системи. Запропонована модель розроблена з метою визначення енергетичної ефективності системи шляхом моделювання роботи протягом одиничного робочого циклу або впродовж певного терміну експлуатації. Структура експлуатаційної моделі розподілена на операційну, логічну та енергетичну складові. Представлено спрощений вигляд системи гідроприводів у вигляді послідовного з'єднання набору енергетичних перетворювачів, електромеханічного, механогідравлічного та гідромеханічного. Описано фактори структурування процесів, які мають суттєвий вплив на рівень енергетичного споживання багатопривідних систем промислових гідроприводів. Обрано фактори суперпозиції показників економічних, технологічних, енергетичних, технічних тощо, які в значній мірі впливають на енергетичну ефективність гідравлічної системи в цілому. Представлено класифікацію гідравлічних апаратів виконавчого рівня в структурі гідравлічної системи та виконано математичний опис визначення енергетичних характеристик для кожного типу виконавчого пристрою з урахуванням можливості використання при визначенні енергетичної ефективності систем промислового гідроприводу.
Підвищення ефективності останнього ступеня потужної парової турбіни при супергідрофобному покритті соплового апарата
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Шубенко, Олександр Леонідович; Сафонов, Володимир Йосипович; Бабак, Микола Юрійович; Сенецький, Олександр Володимирович; Бояршинов, Олексій Юрійович
Досліджувалась можливість використання супергідрофобних (SH) покриттів поверхонь напрямного апарату останнього ступеню для підвищення якості проточної частини потужної парової турбіни. Показано, що реалізація цієї пропозиції повинна привести до суттєвого зменшення розміру крапель вологи в проточній частині, та, як наслідок, до збільшення ресурсу робочих лопаток і електричної генерації. Останнє відбувається за рахунок зменшення втрат енергії: на тертя вологої пари по сопловим лопаткам, при ударах крапель вологи та обтіканні робочих лопаток, а також зменшення витрати пари на периферійну сепарацію. Експертним оцінюванням параметрів, що визначають це зменшення втрат та витрат, прогнозовано обсяг додаткової генерації електричної енергії від впровадження SH покриттів на соплах останнього ступеня турбіни К-325-23,5 АТ «Турбоатом» (довжина робочої лопатки 1030 мм). Границі відповідних діапазонів зміни параметрів відповідають оптимістичному та песимістичному варіантам оцінки характеристик покриття та турбоустановки (додаткова електрична генерація, вартість та термін окупності SH покриття). Розглядалися три варіанти SH покриття поверхні соплової лопатки останнього ступеня: усієї поверхні, тільки увігнутої сторони сопла та тільки верхньої половини увігнутої сторони. За розрахунками очікувана зміна електричної потужності турбіни типу К-300 для цих варіантів покриття знаходиться в інтервалах 525 кВт–372 кВт та 315 кВт–237 кВт відповідно за оптимістичними та песимістичними оцінками. Визначено строк окупності SH покриття при нанесенні його тільки на верхню половину увігнутої сторони сопла при прийнятих лінійних законах зменшення втрат при деградації покриття в залежності від його витривалості та ціни. Простий очікуваний термін окупності вказаного виконання SH покриття соплової лопатки останнього ступеня турбіни К-325-23,5 при витривалості 10000 год (річному напрацюванні 6307 год) складе ~ 16 місяців при ціні покриття 0,425 USD/см2. SH покриття сопла вологопарового ступеня є перспективним рішенням для впровадження у разі його витривалості більшій ніж 5500 год при середньо прогнозних ціні покриття та зменшенні втрат енергії і витрат пари при периферійній сепарації.
Розрахунок параметрів гідромотора та динаміки об'ємного гідропривода ланцюгового робочого органу землерийної траншейної машини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Аврунін, Григорій Аврамович; Кириченко, Ігор Георгійович; Самородов, Вадим Борисович; Мороз, Ірина Іванівна
Для об'ємного гідропривода ланцюгового робочого органу землерийної траншейної машини можуть бути застосовані високомоментні тихохідні радіальнопоршневі гідромотори одноциклової або багатоциклової дії з робочим об'ємом 1800–2500 см3, а також швидкохідні аксіальнопоршневі гідромотори з планетарними редукторами. Необхідні за робочим об'ємом гідромотори серійно випускаються рядом інофірм. Розрахунок динаміки гідропривода показав, що при критичному режимі раптової зупинки робочого органу при його попаданні на непереборну перешкоду в грунті, виникають затухаючі коливання тиску початковою амплітудою до 11 % від значення, що встановилося. Результати проведених досліджень можуть бути використані при розробці землерийних траншейних машин нового покоління при заміні механічного приводу ланцюгового робочого органу на об'ємний гідропривод.