Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Гідравлічні машини та гідроагрегати

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/69632

В журналі можуть публікуватися новітні результати наукових досліджень, які відповідають світовому рівню і сучасним тенденціям розвитку основних наукових напрямків, які пов'язані з дослідженнями у галузі лопатевих машин, систем регулювання гідротурбін, структурним синтезом та аналізом схем гідропневмоавтоматики та гідроприводів, динамічним синтезом та аналізом гідропневмоприводів.

Рік заснування: 2015 . Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 2411-3441 (print), 2523-4471 (online)

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 29

Підвищення ефективності свердлильного верстата за допомогою структурної організації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Черпаков, Микита Ігорович
Розглядається метод структурної організації гідропневмоагрегатів та його прикладне застосування. Синтез керуючих пристроїв гідро- та пневмоагрегатів є актуальною проблемою, оскільки на цьому етапі формуються основні технічні характеристики, що впливають на якість та функціонування. Значущим елементом є обрана структурна організація, оскільки раціональність її структури впливає не тільки на швидкодію, простоту експлуатації та раціональність самої схеми, а також на стандартизацію та легкість створення пристроїв. Завдяки визначенню структурної організації гідропневмоагрегатів, а саме її елементів та взаємодії між ними у дискретно-аналоговій системі, був розглянутий приклад побудови гідропневмосистеми свердлильного верстату. У статті розглянуті основні складові структурної організації, побудована схема, спираючись на яку, при проєктуванні гідропневмоагрегата, є реальним скоротити кількість елементів пам'яті та логічних елементів. Розглянуті множини та підмножини такої структури, визначені вхідні та вихідні сигнали гідропневмоагрегата. Розглянуті блок пам'яті та його командоапарат. Розглянуті блоки збігів та блоки поділів включень. Представлена схема свердлильного верстата та зроблений її опис із вказанням елементної бази. Описаний початок роботи даної схеми та побудований граф операції для технологічних переходів всередині неї. Побудована таблиця включень для схеми, яка містить у собі відомості про поточні позиції виконавчих пристроїв та їхній режим роботи, його поточний стан, а також про взаємодію вхідних та вихідних пристроїв. Надане визначення поняттю граф. Були складені СЛР для станів переходів із урахуванням сигналів, що переводять систему у наступний стан, та сигналів, що діють всередині переходу. Були мінімізовані відповідні системи лінійних рівнянь. Розглянуто місце логічних контролерів у даній структурній організації.
Модифікація робочого колеса відцентрового насоса за допомогою САПР
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шевченко, Наталія Григорівна; Лебединець, Денис Віталійович
В даний час під час проектування гідравлічних машин широко використовується спеціалізоване програмне забезпечення. У роботі представлено огляд сучасних програм, що використовують систему автоматизованого проектування відцентрових насосів. Сучасний підхід до проектування відцентрових насосів ґрунтується на спільному вирішенні прямої та зворотної задач теорії робочого процесу в гідромашинах. Метою роботи є розробка робочого колеса відцентрового секційного насосу на такі параметри: об'єм рідини 6 м³ на годину та напір 140 м. Насос використовується для подачі нафтової сировини до рекуператорів малої дистиляційної установки МДУ-20 нафтопереробного заводу. У секційному насосі є можливість компонувати пакети робочих коліс різного виконання. Відсутність у відкритому доступі геометричних розмірів робочого колеса відцентрового секційного насоса на потрібні параметри ускладнює вибір ефективного режиму роботи. Тому задача проектування та дослідження робочих коліс насоса типу ВНС за допомогою САПР у програмному середовищі ANSYS CFD є актуальною. У роботі використовується вільна академічна версія ANSYS CFD. У роботі представлено опис основних етапів проектування та дослідження відцентрового насоса. За струминною класичною теорією та результатами розрахунку в програмі Vista CPD були проаналізовані та обрані геометричні розміри та кінематичні параметри насоса. Загальний ККД насоса на попередньому етапі проектування сягає 50 %. На другому етапі вирішується пряма задача комп'ютерного 3D моделювання у програмному середовищі Ansys CFX – визначення гідродинамічних та енергетичних характеристик насоса. У роботі представлено результати чисельного дослідження трьох варіантів робочого колеса насоса, які використовуються для прогнозування режиму ефективної роботи відцентрового насоса.
Аналіз динаміки об'ємного гідропривода рульового керування самохідного тракторного шасі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Аврунін, Григорій Аврамович; Подригало, Михайло Абович; Закапко, Олександр Григорович; Мороз, Ірина Іванівна; Разарьонов, Леонід Володимирович; Холодов, Антон Павлович; Холодов, Михайло Павлович
Мета. Аналіз динаміки об'ємного гідропривода рульового керування колісного тракторного самохідного шасі СШ2540 шляхом імітаційного моделювання роботи гідроциліндра з однобічним штоком для пересування рульової трапеції при повертання коліс і дослідження зміни тиску робочої рідини та переміщення штоку гідроциліндра при різних режимах навантаження. Методика досліджень. Використана методика імітаційного моделювання, коли змінні, що описують поведінку гідроциліндра рульового керування, визначаються певними алгоритмами навантаження і витратами робочої рідиниі, і описуються диференціальними рівняннями. Диференціальні рівняння, що визначають тиск робочої рідини в порожнинах гідроциліндра та переміщення його штоку, коли робоча рідина підводиться в поршневу або штокову порожнини, грунтуються на законах механіки, принципі нерозривності потока робочої рідини і її стисливості. Для проведення моделювання за запропонованою методикою використовувався пакет прикладних програм VisSim. Досліджувались зміни параметрів в гідроциліндрі повороту коліс при їх зрушуванні від завдання керуючої дії у вигляді зростання зовнішнього навантаження та витрати робочої рідини в вихідних каналах насоса-дозатора, що долається гідроциліндром. Також досліджувався вплив модуля пружності робочої рідини, який зменшується при її насиченості нерозчиненим повітрям. Результати. При пуску гідропривода рульового керування, тобто при повертанні рульового колеса від свого нейтрального положення, в залежності від зовнішнього навантаження та інтенсивності роботи водія кермом мають місце коливальні процеси в порожнинах гідроциліндра, які можуть суттєво перевищити робочий тиск. Результати досліджень дають підставу зробити висновок про необхідність вивчення характеру зростання витрати та тиску робочої рідини на натурному зразку насоса-дозатора тракторного шасі, тобто замінивши моделювання витрати на її фактичне значення. Завдання часу навантаження та витрати робочої рідини за допомогою блока map-VisSim зручніше, ніж задання аналітичними виразами, так як дає можливість моделювати різний темп розгону гідроциліндра та при необхідності контролювати стаціонарний режим рульового колеса в нейтральному положенні.
Розробка нових конструкцій горизонтальних капсульних гідротурбін
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Крупа, Євгеній Сергійович; Демчук, Роман Миколайович
Розглянуто ключові аспекти та шляхи підвищення енергетичної та експлуатаційної ефективності гідротурбінного обладнання гідроелектростанцій. Здійснено детальний аналіз напрямків удосконалення основних показників, які характеризують переваги лопатевих гідротурбін горизонтального типу. Особливу увагу приділено прямоточним повортно-лопатевим гідротурбінам з горизонтальним розташуванням осі обертання гідроагрегату. Зазначено, що ці гідротурбіни володіють значущими перевагами порівняно з турбінами, які використовують спіральну камеру для подачі води, зокрема високою пропускною здатністю та широким діапазоном експлуатації по напорам та витратам. Основний акцент авторами статті зроблено на перевагах прямоточних капсульних гідротурбін та їхньому потенційному використанні при високих напорах. Недоліком існуючих прямоточних гідроагрегатів є те, що вони працюють на низьких напорах до 25 м, тому необхідно займатися розробкою нових конструкцій гідротурбін даного типу. В роботі розглянуто нові конструктивні рішення, на які отримано патенти України, спрямовані на ефективне використання горизонтальних капсульних гідроагрегатів на вищих напорах, до 280 м, з розширенням зони надійної експлуатації. Висвітлена проблематика підвищення енергетичних та експлуатаційних показників гідротурбінного обладнання гідроелектростанцій ставить перед дослідниками важливі завдання щодо оптимізації конструкцій та покращення їхньої ефективності. Запропоновано рекомендації щодо проведення чисельного моделювання в програмах CFD (Computational Fluid Dynamics). Застосування CFD в даному контексті забезпечує детальне розуміння гідродинамічних процесів в проточних частинах гідротурбін, що є ключовим фактором у їх удосконаленні. Такий інтегрований підхід до дослідження, який включає в себе як експериментальні, так і чисельні методи, сприятиме розробці ефективних та надійних гідротурбін, відповідно до сучасних вимог сталого розвитку енергетики.
Аналітичний огляд шляху та методів синтезу схем гідропневмоагрегатів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Черпаков, Микита Ігорович
Метою цієї статті є визначення основних методів синтезу схем гідропневмоагрегатів та побудування шляху, якого можна дотримуватись при побудові схем із управляючими автоматами. Завдяки визначенню основних підходів структурного синтезу, а саме елементний, агрегатний та їх комбінація, була побудована структурну організація цих підходів. Розглянуто основні методи синтезу схем гідропневмоагрегатів, які починаються з формалізованого опису завдання. Розглянуті принципи побудови схем на першій ланці містять у собі стандартну позиційну структуру. Розглянута сутність позиційної структури та перехід до мінімізованої структури. Визначені аспекти синтезу мінімізованої структури та стандартної позиційної структури у контексті систем лінійних рівнянь. Розглянуті методи із застосуванням систем логічних рівнянь та матриць відповідностей. Розглянуті методи синтезу логічних рівнянь та їх подальша мінімізація з урахуванням станів системи, елементів пам'яті та вихідних пристроїв. Визначені рамки застосування теорії графів та її роль у синтезі схем гідропневмоагрегатів. Розглянуті основні положення застосування методів декомпозиції. Розглянутий метод синтезу схем із позиціонуванням гідропневмоагрегатів шляхом реалізації на датчиках та несилових опорах. Звернена увага на застосування промислових логічних контролерів та їх роль у сучасних методах реалізації схем на практиці. Підкреслені переваги та недоліки цих методів, а також надані деякі алгоритми роботи.
Чисельні моделювання течії технологічної рідини у трубах колтюбінгової установки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шевченко, Наталія Григорівна; Калюжний, Владислав Володимирович; Андрієвська, Вікторія Сергіївна
На сьогоднішній день одним із сучасних напрямків є використання технологій колтюбінгу та вдосконалення складу промивних агентів (рідин). Розглянуто особливості технологічних ділянок колтюбінгу – спіральне укладання труб, співвідношення основних розмірів гнучких труб, барабана та напрямного сектора. Наявність транспортера труб дає особливу відповідальність задля забезпечення переміщення колони гнучких труб у заданому діапазоні навантажень. Довжина труб сягає 5000 м. Радіальні розміри свердловини 150 мм. Перераховано етапи визначення основних параметрів насосної установки для подачі технологічної рідини до свердловини. При проведенні технологічних операцій насос повинен долати гідродинамічні втрати прямої та зворотної подачі рідини у свердловину. Необхідно враховувати можливість порушення співвісності циліндричних труб. Для проведення технологічних операцій інтенсифікації видобутку нафти використовують багатокомпонентні технологічні рідини. Наявність хімічних та полімерних добавок у рідині істотно впливає на властивості водних та вуглеводневих систем, утворює гелі різної щільності, в'язкості та реології. Відомо, що навіть незначний вміст полімерних добавок у розчині (6–30 г/л) призводить до неньютонівської поведінки промивної рідини в трубах свердловини. У роботі використовуються експериментальні дані, отримані компанією ТОВ "Регіон" України. Для чисельного моделювання гідродинамічних характеристик технологічної рідини використовуються лінійні та нелінійні моделі в'язкої рідини. У всіх випадках розглядався перебіг, що встановився. У зв'язку з тим, що у роботі використовується академічна версія пакету ANSYS CFD з обмеженими можливостями за кількістю осередків, розрахункові області вибрано за спрощеними схемами. Розглянуто схеми: спіраль – напрямна – пряма труба, лише спіральна частина намотування труби на барабан, кільцевий простір між циліндричними трубами з можливим ексцентриситетом. Результати численних досліджень застосовуються для прогнозування гідравлічних коефіцієнтів опору в трубах та характеристик насосного обладнання для подачі технологічної рідини у свердловину. Також результати можна використовувати для перевірочних розрахунків міцності колони гнучких труб для небезпечних перерізів.
Характеристики відцентрового насоса при перекачуванні Бінгамівської рідини із різними значеннями початкових напруг зсуву
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Роговий, Андрій Сергійович; Шудрик, Олександр Леонідович; Лук'янець, Сергій Ігорович; Нескорожений, Артем Олегович; Лебединець, Денис Віталійович
Загальні методики проектування відцентрових насосів засновані на особливостях розрахунку та експериментальних даних щодо перекачування води. З іншої сторони, перекачування неньютонівських рідин, та Бінгамівськіх зокрема, можуть змінювати положення оптимальних робочих точок та змінювати характеристики. Використання числових методик дозволяє не тільки пришвидшити пошук оптимальних проточних частин, але й перевірити можливість роботи насоса за екстремальних параметрів роботи із різними показниками в'язкості неньютонівської рідини: від нульової в'язкості (ідеальна рідина) до надзвичайно великих значень та створити більш універсальні методики проектування насосів різних типів. Загальні методики проектування відцентрових насосів для перекачування неньютонівських рідин передбачають коригування характеристики в залежності від ефективної в'язкості, яка для Бінгамівської рідини розраховується за структурною в'язкістю. В роботі визначено вплив значень початкових напруг зсуву Бінгамівської рідини на характеристик відцентрового насоса шляхом вирішення рівнянь Рейнольдса, нерозривності, моделі турбулентності та реологічної моделі Бінгамівської рідини. Отримано, що за однієї подачі, напір, що є на виході з насосу зменшується не більше ніж на 5,1 %. Відбувається невеличке зміщення характеристики у зону менших витрат. Таким чином, початкові напруги зсуву практично не мають впливу на напірну характеристику відцентрового насоса. Початкові напруги зсуву мають достатній вплив на ефективність роботи насоса, що треба враховувати їх під час проектування проточної частини. ККД зменшується на 10 % за перекачування рідини з початковими напругами зсуву 100 Па. Зменшення ефективності роботи насоса може бути пов'язана з кінематичними параметрами роботи насоса та наслідком зменшення тисків на лопаті.
Development of a virtual device for controlling the condition of industrial units nodes using LabView tools
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Korzhov, I. M.; Mygushchenko, K. R.
This article is devoted to the research, construction, configuration and implementation of a virtual device for monitoring the condition of nodes of complex industrial units. Modern units used in heavy engineering require no less modern means of management, control and diagnostics of damage to such units and their components. The development of the structure of control tools is based on multi-level or multi-stage procedures of transformations of incoming measuring signals from aggregates. As the structure of the control device, a structure with a two-stage implementation of the spectral transformation of measurement signals – with a primary static transformation and a secondary static transformation – was chosen. The basis of the primary static transformation is the spectral transformation procedure based on the wavelet transformation. The basis of the secondary static transformation is the procedure of linear discrimination with the indication of the decisive rule. The article demonstrates and implements approaches to building a virtual device in terms of creating a block diagram, developing software, organizing the front panel of the device, setting up and carrying out simulation modeling for blocks of primary and secondary static transformations. The research uses the LabView platform. To prepare incoming measurement signals from nodes of industrial units, in the first block, the procedures of graduation, calibration and normalization of the target function are carried out. To receive input measuring signals from units of industrial nodes, the COM port of the computer is used which, according to the developed program, polls the COM port and inputs measuring signals to the primary static transformation procedure. The article describes a complete virtual control device that is formed and tested, which structurally contains all the blocks for achieving the control result and indicating the control result on the graphic interpretation of the computer.
Валідація відкритої бібліотеки OpenFoam гідротурбін для високонапірного відцентрового компресора
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Роговий, Андрій Сергійович; Азаров, Андрій Сергійович; Шудрик, Олександр Леонідович; Панамарьова, Ольга Борисівна; Лебединець, Денис Віталійович
Спеціальний програмний модуль до OpenFoam додано достатньо давно, більш ніж 10 років тому, й достатньо велика кількість робіт присвячена його використанню для вирішення проблем турбінобудування. Неточності моделювання можуть виникати за збільшення швидкості до надзвукової течії. Метою роботи є валідація відкритої бібліотеки OpenFoam гідротурбін для розрахунку течії у високонапірному відцентровому компресорі та знаходження оптимальних за ККД та співвідношенням повних тисків параметрів та моделі розрахунку. Для числового розрахунку використано осереднення за Рейнольдсом рівнянь Нав'є-Стокса, що застосовані в CFD-бібліотеці OpenFoam v. 2212. В роботі для замикання рівнянь математичної моделі використано дві найбільш вживаних для подібних задач моделі турбулентності: k-ε модель та SST-модель. Моделювання здійснено за допомогою модифікованої версії солвера sonicFoam, який доступний у OpenFoam. Максимальна помилка розрахунку співвідношення повного тиску в робочій зоні для усіх моделей склала 3 %. Усі моделі погано поводяться у зоні низьких витрат. Нахил усіх кривих відповідає експериментальній характеристиці. Розрахунок за моделями з дуже гарними сітками в середньому приводить до збільшеного на 2 % співвідношення тисків. Використання OpenFoam дозволяє точно (максимальна похибка не перевищує 5 %) прогнозувати інтегральні параметри високонапірного відцентрового компресора. Найбільш точно ККД прогнозує модель SST із використанням сіток більше ніж 2,56 млн. елементів, але такої кількості елементів не достатньо для якісного прогнозу характеристик компресора за малих витрат. У подальших дослідженнях раціонально використовувати сітки, що складаються щонайменше з 5 млн. елементів та використовувати SST-модель турбулентності.
Енергетична стійкість медичних об'єктів під час перехідних режимів роботи енергетичної системи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Донецька, Тетяна Сергіївна; Дегтяр, Ярослав Дмитрович; Пишний, Олександр Володимирович
Розглядається питання щодо підвищення надійності роботи об'єктів в енергетичній системі України. Показано, що питання енергозабезпечення об'єктів суспільного користування отримало нові вимоги під час війни. Особливо такі вимоги тепер ставляться до медичних об'єктів. Основними видами енергії для медичних закладів є постачання електричної і теплової енергії. Для України, виходячи із кліматичних особливостей, характерні витрати теплової енергії значно більших обсягів, ніж інших видів енергії. Тому одним із важливих кроків по зменшенню споживання енергії є тепломодернізація будівель. В даній роботі розглядається загальна система енергопостачання, яка включає не тільки теплопостачання, але й електропостачання. Потрібна не тільки наявність самої електрики в мережі, а й її відповідність вимогам якості. Однією з найбільш критичних до якості електричної енергії є медичні електротехнічні комплекси. Від роботи яких залежить правильність діагнозу та підтримання життєдіяльності організму хворого. Запропоновано оцінювати стан енергопостачання через модель взаємної пов'язаності енергій. Тому якісні зміни в показниках теплової енергії не можуть бути компенсовані за рахунок саме мережевих рішень. Підтримання температури в приміщеннях можливе саме за рахунок використання інших джерел тепла. В термінах моделі зв'язаності енергій – єдиний шлях для вирівнювання "тіла енергоспоживання" є взаємна заміна однієї енергії іншою. Визначені варіанти вирівнювання "тіла енергоспоживання" для медичних установ. Запропоновано представлення "тіла енергоспоживання" із відображенням якісних меж форми "тіла енергоспоживання" по відношенню до теплової енергії. Введено поняття межі енергетичної стійкості за якісними показниками. Виділено низку заходів по підтримці енергетичної стійкості. Для досягнення найдовшої відповідності якісним показникам енергопостачання запропоновано – відключення частини приміщень від системи енергопостачання із збереженням групи енергопостачання для тих приміщень що залишаться. Зазначено, що використовуючи критерій енергетичної стійкості, можливо проаналізувати будівельні конструкції і технологічні процеси в самих будівлях із метою вироблення заходів по підвищенню енергетичної стійкості із заданою направленістю.
Reliability of hydropneumodrives for metal cutting equipment
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Fatieieva, N. M.; Fatyeyev, O. M.; Poliakov, V. V.
The reliability of hydropneumodrives largely determines the safety of machine tools, metal cutting equipment, the movement of transport vehicles, and the flight of modern passenger aircraft, and their failures can in some cases lead to accidents. The design stage is crucial in ensuring reliability. The main tasks of reliability research and calculation at this stage can be divided into three groups. First, it is a justification of reliability requirements for the main elements of the hydraulic pneumatic actuator (the task of reliability norming). This task is solved at an early stage of design and involves the preliminary development of the unit structure and justification of design principles. Secondly, it is to ensure the reliability of the elements and the unit as a whole. This group of tasks includes research and quantitative assessment of the efficiency of possible ways to ensure reliability; selection of basic design characteristics, statistical reserves of durability and longevity, stability reserves and other indicators; comparative analysis of options and selection of optimal designs. Thirdly, these are control calculations of the unit's reliability according to the design documentation. Algorithms for the distribution of normalised reliability indices at the design stage for hydropneumodrives implemented by the standard positional structure method and the minimisation method are obtained. Algorithms allow already at the early stages of hydropneumodrive design to normalise reliability indices, which makes it possible to obtain optimal solutions of reliability issues at the subsequent stages of development of the drive life cycle. The methods of calculation and determination of design relations for finding quantitative characteristics of failure-free indices of designed hydropneumodrives, implemented by the method of standard positional structure and the method of minimisation, are selected, which allows designing highly reliable hydropneumodrives for new metal cutting equipment. Evaluation of reliability indicators of hydropneumodrives at the stage of preliminary design allows to make a rational choice of structural scheme and parameters, to select appropriate materials and elements of scheme realisations.
Втрати електричної енергії в енергетичній системі України та їх зниження за рахунок впровадження постійного струму
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Швець, Сергій Вікторович; Донецька, Тетяна Сергіївна; Дяченко, Олександр Васильович
Втрати електричної енергії в енергетичній системі України та їх зниження за рахунок впровадження постійного струму / О. Г. Гриб [та ін.] // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Гідравлічні машини та гідроагрегати = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : Hydraulic machines and hydraulic units : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2023. – № 1. – С. 72-
Synthesis of minimal schemes of systems control of hydraulic and pneumatic drives
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Cherkashenko, M. V.
The existing schemes of command apparatus are presented. Their analysis is carried out and the shortcomings are indicated. The scheme of a fundamentally new command apparatus is given, which can significantly reduce the number of its elements. The synthesis of the pneumatic control system of the foundry machine was carried out on the basis of the design approach proposed by M. Cherkashenko, which as a result led to a reduction in the devices by 3.5 times. A graph of operations of the pneumatic control system of the molding machine is constructed. A matrix of correspondences is obtained, which determines the correspondence between the signals that cause transitions and the complete input sets acting in the transitions. Analysis of the matrix of correspondences made it possible to identify and eliminate contradictory transitions. On the basis of the elongations, a system of equations describing the scheme of the control system is synthesized. Further, minimization is performed due to factorization and decomposition of equations, and obtaining equations in their final form. A diagram is presented pneumatic control system of the molding machine, consisting of a command apparatus containing three cells, five cylinders, two vibrators, six limit switches, a time relay and other devices. The circuit simultaneously uses the functional and logical capabilities of limit switches, the possibility of implementing the functions of three variables by distributors. Thus, the use of the proposed command apparatus, in contrast to the existing schemes of command apparatus, can significantly reduce the number of distributors in the synthesis of the command apparatus itself and significantly reduce the number of elements when using the chosen approach to the design of circuits of pneumohydraulic control systems.
Математичні моделі взаємодії конструкцій з рідиною та розрахунки на міцність і резонанс лопатевих гідромашин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Кухтенков, Юрій Михайлович; Назаренко, Сергій Олександрович
Аналіз складної взаємодії «рідина – конструкція» (Fluid Structure Interaction, FSI) є актуальною науковою проблемою для багатьох галузей промисловості, таких як гідротурбобудування, суднобудування, будівництво тощо, рішенню якої присвячено значну кількість теоретичних досліджень. У роботі здійснений аналіз праць з проблем підходів, моделей, методів дослідження та найвідоміших моделюючих програмних систем FSI. Попри значні існуючі теоретичні розробки аналіз деформування високонавантажених конструкцій, включаючи гідротурбіни та насоси, потребує розвитку та адаптації відповідних моделей і програмних систем. У результаті низки виконаних досліджень була розроблена математична модель напружено-деформованого стану та виконане чисельне моделювання лопатевих гідромашин. Для відтворення руху як елементів конструкцій, так і рідини використані співвідношення механіки суцільних середовищ. При розрахунках можна визначати поля переміщень, напруг та деформацій; власні частоти коливань елементів гідротурбін та насосів, а також їх чутливість до зміни конструктивних параметрів. При цьому забезпечується комплекс заходів при створенні та удосконаленні лопатевих гідромашин із підвищеними технічними характеристиками, а також визначаються такі проектні та експлуатаційні параметри, які задовольняють умовам підвищення міцності. Розроблена методика дозволяє цілеспрямовано проводити відбудову від резонансів на стадії проектування лопатевих гідромашин різних конструктивних форм і оцінювати вплив хиб виготовлення і експлуатації. Зниження вібрації насосів, будівельних конструкцій та трубопроводів в 5–10 разів на Харківській станції біоочистки, на якій встановлені відцентрові насоси типу СДВ-9000/45, n = 500 хв–1 було досягнуто шляхом встановлення додаткових опор на напірних трубопроводах після вібраційних випробувань і розрахунку трубопроводів на резонанс, також надані рекомендації для подальшої експлуатації станції.
Hydro turbine speed control system
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Hasiuk, O. I.
The article presents a mathematical model of an hydro turbine speed control system. In the world and domestic practice of creating hydraulic turbine equipment, there is a clear tendency to create computer-based rotor speed control systems for hydraulic turbines. Computer systems provide an opportunity to implement the introduction of effective algorithms using software that improve the static and dynamic characteristics of the system. This in turn increases the importance of mathematical modeling both at the design stage and during commissioning. The analysis of the performed works devoted to the mathematical description of the elements of the hydraulic drive of the regulator showed that they are reduced to linearized equations without taking into account a number of important factors that will increase the accuracy of the mathematical model. Improvement of static and dynamic characteristics and the system as a whole can be achieved by solving the scientific problem of studying its dynamics based on the development of a more complete mathematical model. To reduce friction and hysteresis, to prevent obliteration, the electrohydraulic converter plunger in the lower part is equipped with a segner wheel. Improving the dynamic characteristics of hydraulic turbine speed controllers requires the development of nonlinear mathematical models with subsequent analysis of transients in the hydraulic drive of the speed controller. Evaluation of the quality of transient processes and subsequent adjustment of parameters allows to achieve a reduction in the duration of transients, increase the speed and accuracy of positioning at small movements of the servo motor. A number of unaccounted factors during the preparation of the mathematical model of the electro-hydraulic converter makes it possible to increase its adequacy to the real object of study and increase the speed of the control system of the rotor speed of the hydraulic turbine.
Особливості плівкової течії рідини по вертикальній поверхні у поперечному магнітному полі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мамедов, Асіман Нізамі Огли; Стась, Сергій Васильович; Лаврухін, Єгор Валерійович
Однією з актуальних проблем магнітної гідродинаміки є проблема течії електропровідних рідин у тонких шарах рідин за наявності поперечного магнітного поля. На жаль, й досі дослідження даних проблем магнітної гідродинаміки слід вважати суттєво недостатніми. Вплив поперечного магнітного поля може позначатися на низку чинників: зміна в'язкості потоку з допомогою впливу магнітного поля на фізико-хімічні властивості середовища; прояв ефекту гальмування потоку, який може суттєво позначатися в гідродинамічних рідинних плівках у процесах тепломасообміну. У роботі зроблено спробу розглянути вплив постійного магнітного поля на формування тонкого шару рідини на вертикальній поверхні під дією пондеромоторних сил. Як відомо, пондеромоторні сили в даному випадку можуть призвести до цілого ряду ефектів, пов'язаних зі зміною в'язкості та гальмуванням потоку. Більшою мірою це може виявлятися в тонких рідинних шарах залежно від співвідношення гравітаційних сил, сил інерції та сил, що мають магнітну природу. Аналіз впливу даного явища у випадку тонких рідинних шарів, як показано в роботі, істотно впливає на довжину гідродинамічної початкової ділянки, товщину рідинного шару і гасіння хвильового руху в зоні стабілізованої течії. Рекомендації щодо розрахунку даних характеристик представлені в цій статті, в якій велика увага приділяється визначенню рідинного шару залежно від співвідношення між силами інерції та силами, що мають магнітну природу. Також було отримано вираз визначення розподілу швидкостей рідинного шару у зоні стабілізованої плівкової течії в поперечному магнітному полі. Таким чином, зіставляючи вираз визначення розподілу швидкостей рідинного шару в плівці без впливу магнітного поля з виразом за наявності магнітного поля, можна оцінити вплив пондеромотороних сил протягом рідинної плівки.
Design of highly efficient water passage of pump-turbine
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Tynyanova, Irina; Rezvaya, Kseniya; Drankovskiy, Viktor; Savenkov, Dmytro; Tynianov, Oleksandr
The problem of the need to develop renewable energy sources as a way to save the energy supply and energy independence of Ukraine by changing the consumption of carbohydrates is considered. It is shown that the development of Ukrainian renewable energy must occur in parallel with the development of energy storage systems and balancing of the energy system. The most effective system for storing energy and balancing the energy system is pumped storage power stations (PSPS). The work shows that the design of a highly effective equipment of a hydroelectric power plant depends on the correct selection of the element geometry of the pump-turbine water passage. Therefore, it is possible to ensure the necessary level of energy characteristics of hydraulic equipment. A method of dimensionless average parameters was established, which allows even at the initial stages of designing new reversible hydraulic machines to determine the optimal geometry of the watter passage elements. This method showed good results during the numerical research of Francis hydraulic turbines at a wide range of heads, as well as reversible hydromachines at heads of 300–500 m. Using expressions that establish the connection of hydrodynamic characteristics with dimensionless complexes, three variants of the flow part of the high-pressure pump-turbines (ORO500) were investigated. Based on the obtained results, a significant influence of the geometry on the hydraulic indicators of the machine was noted. The distribution of energy losses in the inlet, blade system and outlet was analyzed. The greatest energy losses occur in the inlet of the pump-turbines. To increase the energy and kinematic indicators of the ORO500 pump-turbines, the geometry of the feed elements, as well as the spiral casing and stator, was changed. Variants for improving the parameters in the elements of the supply of the water passage of the pump-turbine are proposed.
Тепловий стан робочих лопаток ЦНТ теплофікаційної турбіни Т-250/300-240
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шубенко, Олександр Леонідович; Голощапов, Володимир Миколайович; Котульська, Ольга Валеріївна; Парамонова, Тетяна Миколаївна; Сенецька, Дар'я Олегівна
Розглянуто важливу проблему дослідження температурного стану циліндру низького тиску потужної теплофікаційної турбіни, яка працює, на відміну від конденсаційних турбін, в умовах значних змін електричного та теплового навантаження. Це пов'язано з тим, що циліндр низького тиску теплофікаційних турбін в опалювальний сезон із-за великих відборів пари на теплофікацію працює у маловитратних режимах. Такі умови експлуатації супроводжуються зародженням вихрових структур у проточній частині, що призводить до значного росту втрат механічної енергії і, як слідство, до росту температур елементів проточної частини. Метою дослідження є визначення теплового стану пари в широкому діапазоні зміни режимів експлуатації теплофікаційної турбіни. Виконано аналіз результатів експериментальних досліджень, отриманих на натурних циліндрах низького тиску потужної парової турбіни Т-250/300-240 різними авторами в умовах широкої зміни параметрів експлуатації (тиск в конденсаторі, витрата пари в проточній частині, температура нижнього опалювального відбору). Це дало змогу визначити розподіл температур по висоті робочої лопатки останнього ступеня, що представляє найбільший інтерес в умовах роботи на маловитратних режимах. Встановлено місце мінімальної температури та запропоновано залежність для її визначення на виході з робочого колеса ступеня з урахуванням того, що основним генератором тепла при нагріві пари є вихор, який обертається в міжвенцевому зазорі. Показано, що граничне значення витрати пари через останній ступень, що відповідає переходу течії з області вологої пари в область перегрітої пари, при заданому рівні температури в нижньому опалювальному відборі, залежить від тиску в конденсаторі і може бути визначено у вигляді функції цих параметрів. При цьому, чім менша температура в нижньому опалювальному відборі та тиск у конденсаторі, тим при менших витратах спостерігається перехід від вологої до перегрітої пари, а зростання процесної вологості на виході з робочого колеса відбувається при витраті пари завбільшки ніж її граничне значення.
Аналіз можливості застосування гідромотор-колес в трансмісіях швидкісних тракторів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Аврунін, Григорій Аврамович; Подригало, Михайло Абович; Єременко, Антон Васильович; Мороз, Ірина Іванівна
Мета. Метою статті є оцінка можливості розробки об'ємного гідропривода в відповідності штатній тягового-швидкісній характеристиці колісного трактора ХТЗ-17021 з використанням безредукторних приводів ведучих коліс. Для цього виконаний розрахунок об'ємного гідропривода ходу колісного трактора при застосуванні новітніх радіальнопоршневих багатоциклових гідромотор-колес з поширеним діапазоном частоти обертання і регулювання робочого об'єму. Методика досліджень. Проведений аналіз тягово-швидкісної характеристики колісного трактора ХТЗ-17021 і на її основі огляд сучасних високомоментних радіальнопоршневих багатоциклових гідромоторів з точки зору задоволення характеристик по крутному моменту і частоті обертання при обмеженнях за потужністю щодо серійного зразка в повному діапазоні швидкості трактора. Розраховані максимальні значення робочих об'ємів 4-х ведучих гідромотор-колес і насосу живлення цих гідромоторів, крутний момент і перепад тисків в гідроприводі і встановлені режими, на яких потрібно змінювати робочий об'єм гідромоторів від максимального до мінімального значень для відпрацювання тягово-швидкісної характеристики. Проведений порівняльний аналіз радіальнопоршневих багатоциклових гідромоторів і для обраного для дослідження гідромотор-колеса моделі МНР27 фірми "Poclain Hydraulics" розглянуті гідравлічні принципові схеми з застосуванням в гідромоторах системи гідравлічного регулювання чотирьох ступенів робочого об'єму, використання комбінованого стоянкового і робочого гальм, а також системи антибуксування з використанням засобів пропорційної електрогідроавтоматики. Результати. Обрані високомоментні гідромотор-колеса радіальнопоршневого типу, які дають можливість забезпечити функціонування трансмісії трактора без проміжних редукторів між гідромоторами і маточинами коліс, та розраховане значення робочого об'єму аксіальнопоршневого насосу, що забезпечує функціонування трансмісії трактора в повному швидкісному діапазоні. За результатами розрахунків встановлено, що тиск в гідроприводі не перевищує 35 МПа при досягнутих в сучасних насосах і гідромоторах значень від 40 МПа до 50 МПа. Показана можливість підвищення швидкості трактора від штатної 35 км/год до перспективної в 50 км/год.
Визначення оптимальної потужності абсорбційного теплового насосу при інтеграції до теплової схеми ПТ-60/70-130/13
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шубенко, Олександр Леонідович; Усатий, Олександр Павлович; Бабак, Микола Юрійович; Форкун, Яна Борисівна; Сенецький, Олександр Володимирович
Вирішується задача визначення оптимальної теплової потужності абсорбційного теплового насоса з паровим нагріванням при одноступеневій регенерації (СОР = 1,71). Розглядуваний тепловий насос інтегрований в теплову схему парової турбіни ПТ-60/70-130/13. Графік теплопостачання для даного паротурбінного циклу становить 150/70 °С. Також установкою виробляється пар на технологічні потреби. Визначення теплових та витратних характеристик абсорбційного теплового насоса здійснюється з використанням побудованої та запропонованої апроксимаційної математичної моделі. На підставі проведеного аналізу та наявного досвіду сформульовано оптимізаційну задачу. Функцією мети є вибір оптимальної потужності інтегрованого абсорбційного теплового насоса за умови оптимальної витрати енергетичного палива. Пошук оптимальної теплової потужності абсорбційного теплового насоса здійснювався за умови відпуску пари через регульований виробничий відбір турбіни з параметрами 1,296 МПа, 280 °С. Були розглянуті варіанти для змінної витрати пари на технологічні потреби (0, 20, 50 та 80 т/год). Умовою була постійність витрати протягом року. Отримані результати показали, що щодо всіх розглянутих режимів завантаження турбіни, оптимальне значення потужності абсорбційного теплового насоса є ідентичним і становить ~ 17,25 МВт. Розрахункові дослідження показали, що за вартості електроенергії 0,13 дол./(кВт·ч) та умовного палива 309 дол./т енергоблок з турбіною ПТ-60/70-130/13 та інтегрований абсорбційний тепловий насос (тепловою потужністю 15–18 МВт) при виробничому навантаженні понад 20 т/год пари, а також витраті оборотної мережної води на теплопостачання понад 1550 т/год дозволить отримати окупність проекту енергозбереження менше 3 років. Наступним позитивним ефектом є те, що економія палива дозволяє знизити викиди СО₂ на 9321 т і NOₓ на 48 т. За результатами досліджень спостерігаємо позитивний екологічний ефект від інтеграції абсорбційного теплового насоса в існуючу теплову схему.