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

Comparative analysis of software systems for hydraulic turbine flow simulation
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Krupa, Y. S.; Demchuk, R. M.; Volobuiev, A. V.; Kis, S. L.
A comprehensive review of modern software complexes used for calculating spatial flow in hydraulic turbine flow parts was conducted. The widely used software system, Ansys, was analyzed. An overview of Ansys was provided, including its history, popularity within the CFD community, key features, and capabilities for analyzing the flow parts of hydraulic turbines. The preprocessing tools, solver parameters, post-processing functions, and visualization capabilities of Ansys were described. The advantages and limitations of using Ansys for calculating spatial flow in hydraulic turbine flow parts were analyzed. The open-source CFD software complex, OpenFOAM, was discussed. The main functions and capabilities of the OpenFOAM program were described. Information about solver libraries, meshing capabilities, advantages, and limitations for analyzing hydraulic turbines was presented, along with insights into the support from the scientific community and resources available to OpenFOAM users. SolidWorks FlowSimulation, which integrates with SolidWorks software, was examined. The unique features of SolidWorks FlowSimulation for analyzing spatial flow in hydraulic turbines were highlighted. The possibilities of CAD integration and the advantages of accurate geometric models were discussed. The capabilities of parametric analysis were explored, and the advantages and limitations of using SolidWorks FlowSimulation for calculating spatial flow in hydraulic turbine flow parts were analyzed. A comparison of the three software complexes was conducted based on their capabilities, ease of use, accuracy, computational resources required, and cost. An assessment of the advantages and disadvantages of each program was provided, along with recommendations for choosing the most suitable program based on specific use cases, objectives, and user requirements. This article serves as a valuable resource for engineers, designers, and researchers seeking insights into the available software systems for analyzing hydraulic turbine flow parts. It enables them to make informed decisions in selecting the most suitable software system based on their specific requirements, ultimately contributing to the optimization of hydraulic turbine performance and efficiency.
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.
Design specifics of a built-in diagnostic system for hydraulic machines
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Fatyeyev, Oleksandr; Fatieieva, Nadiia; Poliakov, Valerii; Shyian, Anatolii; Radchenko, Oleksandr
The basis for obtaining information about the object of diagnosis is technical diagnostic tools, which involve measuring operations of various parameters, the totality of which is the basis of the diagnostic process. Diagnostic tools are divided into external, portable (mobile) and built-in. Built- in technical diagnostic tools are considered. The built-in diagnostic system (BDS) is an autonomous complex for automatic checking of the degree of operability and serviceability of units and the hydraulic drive as a whole, which allows, within limited limits, to localize some faults based on the results of monitoring diagnostic and functional parameters in operational or special test modes, and the diagnostic results can be presented to the operator or accumulated for further processing. Compared to other built-in diagnostic tools, BDSs are the most complex and relatively new devices. They are in the process of development, prototyping, and experimental research. A set of diagnostic equipment was designed, namely: designing a unit of measuring instrumentation; designing a load device for diagnosing pumps and taking load characteristics directly at the facility. The designed set of diagnostic devices is used as an integrated diagnostic system (due to built-in sensors), as well as a separate diagnostic complex due to the ability to connect external sensors. The values of the diagnostic parameters measured by this complex can be recorded on an internal memory card or transferred via wireless Bluetooth to a PC or Android device (smartphone, tablet) for further processing. A study was also carried out to assess the strength of the hydrotester body using a computational and analytical method (using the finite element method in the Ansys Static Structural environment), which is equivalent to full-scale testing in terms of boundary conditions and achievable results. Based on the calculation results, it is possible to assert that the choice of material and structural dimensions of the designed device were chosen rationally.
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.
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.
Improvement of dimensions and characteristics of the vortex chamber pump for coal-water medium delivering
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Rogovyi, Andrii; Qingsheng, Ren; Xingrong, Wang; Neskorozhenyi, Artem; Timchenko, Yevhen
The vortex chamber pump combines the positive characteristics of the centrifugal pump and the jet pump, and its efficiency is much higher than that of the classical jet pump. This pump differs from the vortex injector by having the pump flow into the tangential outlet channel, which is not available in the vortex injector. The traditional bulk material pump in many aspects has certain shortcomings, these shortcomings limit its application scope and use effect, the traditional bulk material pumps mechanical parts and seals rapidly wear, resulting in short service life. Based on solving the Reynolds equations for water flow, the influence of the angle between the tangential channels of the pump on the energy characteristics is analyzed: an increase in the angle to 180° leads to a decrease in the relative efficiency by 30 %, the outlet pressure by 12 %, and the suction flow rate by 14 %. Thus, the design with a zero angle between the tangential active medium inlet and the tangential outlet channels is optimal in terms of energy-saving pumping performance. As the diameter of the vortex chamber increases, there is no significant trend in the efficiency of the pumped fluid be the vortex chamber pump. With the increase in the total supply pressure, the axial inlet flow rate increase is relatively slow, and the outlet flow rate increases in a parabolic trend. The wear of the pump vortex chamber wall depends on the mass flow rate of coal entering the vortex chamber. The larger the mass flow rate of the abrasive medium, the greater the erosion rate density and the mean volume fraction in the vortex chamber of the vortex chamber pump. The smaller the particle diameter of the coal, the larger the erosion rate density and mean volume fraction in the vortex chamber of the vortex chamber pump. Thus, an increase in particle size should be sought, which will result in less wear.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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-
Дослідження поточного стану розвитку систем керування та автоматизації гідравлічних машин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ярошенко, Олексій Андрійович; Гасюк, Олександр Іванович
Майбутні гідравлічні системи значною мірою включатимуть AI та ML, підвищуючи точність керування та забезпечуючи прогнозоване обслуговування. Алгоритми, керовані штучним інтелектом, все частіше використовуватимуться для прогнозованого технічного обслуговування, покращуючи надійність і термін служби гідравлічних систем. Ця інтеграція призведе до розумнішої та ефективнішої роботи та подовжить термін служби обладнання. Інтеграція технології IoT має вирішальне значення для збору та аналізу даних у реальному часі, полегшуючи віддалений моніторинг і контроль, що призводить до підвищення ефективності роботи та управління техобслуговуванням. Використання хмарних платформ для аналізу та зберігання даних, ймовірно, збільшиться, забезпечуючи більш складну обробку даних і доступність. Вдосконалені датчики та прогнозне обслуговування значно сприяють безпеці, передбачаючи збої системи. Надійність також підвищується завдяки скороченню часу простою та розумнішим графікам технічного обслуговування. Зростаюча конвергенція вдосконаленої робототехніки з гідравлічними системами спрямовує ці системи до збільшення автономності. Розширені функції безпеки стануть пріоритетом завдяки розумнішим датчикам і алгоритмам керування. Зростаюча складність гідравлічних систем підкреслює потребу в спеціалізованому навчанні та освіті з проектування, обслуговування та експлуатації систем. Очікується, що майбутні гідравлічні машини будуть більш адаптованими та гнучкими, з модульними конструкціями, які задовольнятимуть конкретні потреби конкретної галузі. Значною проблемою є адаптивність моделей AI та ML в динамічних умовах реального світу. Для вирішення цієї проблеми розробляються методи безперервного навчання. Підводячи підсумок, можна сказати, що майбутнє систем керування та автоматизації гідравлічних машин спрямоване на більшу розумність, зв'язок, ефективність та адаптивність. Ці тенденції будуть підкріплюватися постійним технологічним прогресом, зокрема у сфері штучного інтелекту, машинного навчання, інтернету речей.
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.
Математична модель головного розподільника системи регулювання швидкості гідротурбіни
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Черкашенко, Михайло Володимирович; Гасюк, Олександр Іванович
Надано математичну модель головного розподільника. В світовій та вітчизняній практиці створення гідротурбінного обладнання визначилася чітка тенденція створення систем управління частотою обертання ротора гідротурбіни на базі комп'ютерів. Комп'ютерні системи відкривають можливість за допомогою програмного забезпечення реалізувати введення ефективних алгоритмів, що покращують статичні і динамічні характеристики системи. Це в свою чергу підвищує значимість математичного моделювання як на стадії проектування, так і під час пусконалагоджувальних робіт. Аналіз виконаних робіт, присвячених математичному опису елементів гідроприводу регулятора, показав, що вони зводяться до лінеаризованих рівнянь без урахування ряду важливих факторів, які дозволять підвищити точність математичної моделі. Покращення статичних і динамічних характеристик і системи в цілому можна досягти шляхом вирішення наукової проблеми з дослідження його динаміки на базі розробки більш повної математичної моделі. Для зниження тертя і гістерезису, унеможливлення облітерації плунжер електрогідравлічного перетворювача в нижній частині оснащений сегнеровим колесом. Поліпшення динамічних характеристик регуляторів швидкості гідротурбін вимагає розроблення нелінійних математичних моделей із подальшим аналізом перехідних процесів у гідроприводі регулятора швидкості. Оцінка показників якості перехідних процесів і подальше коригування параметрів дає змогу домогтися зниження тривалості перехідних процесів, підвищення швидкодії та точності позиціонування за малих переміщень сервомотора. Низка неврахованих чинників під час складання математичної моделі електрогідравлічного перетворювача дає змогу підвищити її адекватність реальному об'єкту дослідження і підвищити швидкодію системи керування частотою обертання ротора гідротурбіни.
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.
Моделювання робочого процесу свердловинного струминного насоса
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Паневник, Денис Олександрович
Розроблена математична модель руху робочого потоку в проточній частині струминного насоса на основі використання радіальної функції комплексної змінної із зміщеним центром витоку. Відповідно до прийнятої моделі робоча рідина радіально асиметрично виходить із зміщеного центру витоку у всіх напрямках. Відстань до центру витоку має обернений вплив на швидкість поширення робочої рідини. Зміщений виток радіальної функції дозволяє врахувати неспіввісність робочої насадки та камери змішування внаслідок неякісного виготовлення деталей струминного насоса. Вектор комплексного потенціалу із зміщеним витоком визначений як різниця векторів, початок яких знаходиться в центрі координат, а кінцеві точки характеризують початкове та кінцеве положення зміщеної функції. З використанням рівняння потенціалу швидкостей та функції течії отримано співвідношення для комплексного потенціалу плоско-радіального та просторового робочого потоку із одностороннім та двостороннім зміщенням центру витоку. Кінематична картина руху робочого середовища визначається просторовою гідродинамічною сіткою утвореною еквіпотенціальними поверхнями та поверхнями течії функцій витоку, яка має вигляд ортогонально розміщених коаксіальних сфер та радіальних меридіональних площин. Зміщення витоку визначає відхилення осі робочої насадки від осі камери зміщування струминного насоса. Встановлено, що профілі швидкостей радіального потоку із зміщеним витоком втрачають свою подібність і серія кінематичних кривих не може бути замінена єдиною безрозмірною залежністю, яка визначала б кінематику потоку незалежно від відстаней між точкою витоку та вхідним перерізом камери змішування струминного насоса. Величина зміщення центру витоку має обернений вплив на швидкість радіального потоку і зменшується при зростанні відстані до камери змішування. При зростанні величини зміщення витоку збільшується асиметричність профілю швидкостей та зростає його нерівномірність. Накладання отриманої характеристичної функції асиметричної радіальної течії та вихрової функції комплексної змінної дозволяє визначити структуру рівняння змішаного потоку при моделюванні процесу обертання струминного насоса в свердловині.
Модернізація робочого колеса високонапірної гідротурбіни на задні параметри
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Миронов, Костянтин Анатолійович; Дмитрієнко, Ольга Вячеславівна; Ярошенко, Микола Андрійович
Розглянута задача модернізації робочого колеса високонапірної радіально-осьової гідротурбіни на задані параметри. Модернізоване робоче колесо повинно відповідати сучасним вимогам по рівню ККД та кавітації. За допомогою пакета прикладних програм розроблено лопатеву систему робочого колеса на прийняті параметри оптимального режиму з високими енергокавітаційними показниками. Представлено результати розрахункового аналізу параметрів потоку в проточній частині високонапірної гідротурбіни РО310 підвищеної швидкохідності. Постійно зростаючі вимоги до підвищення енергетичних якостей гідротурбін зумовлюють необхідність удосконалення методів, що дають змогу прогнозувати й оптимізувати енергетичні характеристики проточної частини. Підвищення енергокавітаційних показників гідротурбін висуває завдання подальшого розвитку методу математичного моделювання робочого процесу. Застосування чисельного експерименту на основі математичної моделі робочого процесу є ефективним засобом пошуку раціональних варіантів як ново проектованих, так і модифікованих елементів проточної частини гідротурбін. Необхідною складовою частиною проектування проточної частини є вибір низки геометричних параметрів робочого колеса (меридіональні обриси порожнини, вхідних і вихідних кромок лопаті та ін.), правильність якого істотно впливає на енергетичні показники. Під час вибору геометричних параметрів робочого колеса орієнтуються, як правило, на дослідні дані, отримані для гідротурбін залежно від швидкохідності. Такий підхід не забезпечує належного узгодження геометричних параметрів робочого колеса, наслідком чого часто є як розбіжність розрахункового режиму з оптимальним, так і недостатньо високий рівень енергетичних показників.