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

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/80480

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

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 16

Погодження елементів проточної частини високоефективної оборотної гідромашини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Тиньянова, Ірина Іванівна; Дранковський, Віктор Едуардович; Тиньянов, Олександр Дмитрович; Савенков, Дмитро Анатолійович
Розглянуто проблему розвитку гідроакумулюючих електростанцій в Україні, особливо в умовах військових дій, що пошкодили енергетичну інфраструктуру та створили дефіцит потужностей. ГАЕС допоможуть стабілізувати енергосистему, накопичуючи енергію в періоди низького навантаження та оперативно використовуючи її під час пікових потреб або аварій, та позитивно вплинуть на роль енергетичної автономії та інтеграцію відновлюваних джерел енергії. Підвищення ефективності гідротурбінного обладнання ГАЕС вимагає вдосконалення проточної частини оборотної гідромашини. В роботі показано, що створення високоефективного устаткування ГАЕС залежить від правильного вибору геометрії елементів проточної частини оборотних гідромашин, для забезпечення необхідного рівня енергетичних показників гідрообладання. Використано рівняння оптимального режиму для розрахункової оцінки кінематичних та енергетичних показників, аналізу їх формування та пошуку раціональних варіантів, які забезпечують задані вимоги до енергетичних показників робочого колеса оборотної гідромашини. Розрахунки виконуються за допомогою безрозмірних кінематичних параметрів, що спрощує процес і усуває необхідність складних обчислень. Наведені дані чисельного аналізу про вплив гідродинамічних параметрів проточної частини на параметри оптимального режиму можуть використовуватися як для профілювання лопатевої системи робочого колеса, з метою покращення енергетичних характеристик (підвищення потужності, рівня ККД та ін.), так і при модифікації лопатевої системи. Наведено метод чисельного експерименту для пошуку оптимальних варіантів лопатевої системи робочого колеса. Запропонований підхід використано для розрахункової оцінки кінематичних та енергетичних характеристик проточних частин гідротурбін у широкому діапозоні напору, а також високонапірних оборотних гідромашин ОРО200 та ОРО500 (як для базових, так і для модифікованих варіантів проточної частини).
Аналіз течії в шарошковому долоті при бурінні з використанням бурових розчинів на водній та вуглеводневій основі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шудрик, Олександр Леонідович; Шевченко, Наталія Григорівна; Рєзва, Ксенія Сергіївна; Петруняк, Марина Валентинівна; Бовкун, Віктор Олександрович
Буріння є основним видом збільшення кількості видобування вуглеводнів. В якості породоруйнівного інструменту при бурінні використовуються долота різних типів. При бурінні будь-яких свердловин на нафту та газ в якості робочої рідини використовуються бурові розчини. Течія даних типів рідин відрізняється від течії води, яка є нестисливим середовищем. Метою даної роботи є дослідження течії ньютонівської рідини води та двох типів бурових розчинів на водній основі, що описується степеневою моделлю неньютонівської рідини та на вуглеводневій основі – рідини типу Гершеля-Балклі. В роботі виконано побудову геометричної моделі шарошкового долота, побудовано розрахункову неструктуровану сітку об'єму рідини, що заповнює внутрішню область долота та задолотного простору. Проведено розрахунки тривимірної течії води, бурових розчинів на водній та вуглеводневих основах з допомогою відкритої платформи OpenFOAM. Виявлено, що під час течії рідин, що описуються неньютонівськими моделями, змінюється кінематична в'язкість рідини в залежності від швидкостей та напруг зсуву. Ще один важливим фактором використання неньютонівських рідин при бурінні свердловин є зменшення гідравлічних втрат під час їх течії. Це досягається за рахунок наявності певної структури рідини, ненульових значень напруг зсуву, змащуючих властивостей навіть при їх в'язкості, що в десятки разів перевищує в'язкість води. Представлено візуалізацію течії трьох типів рідин ньютонівської, неньютонівської степеневої та неньютонівської типу Гершеля-Балклі. Саме використання неньютонівських рідин дає зменшити вихороутворення і, як наслідок, також впливає на величину гідравлічних втрат в сторону їх зменшення.
Апроксимуючі залежності для визначення ентальпій води та водяної пари при розрахунках теплообмінних пристроїв паротурбінних установок (частина I – визначення ентальпії води)
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шубенко, Олександр Леонідович; Голощапов, Володимир Миколайович; Котульська, Ольга Валеріївна; Парамонова, Тетяна Миколаївна
Роботу присвячено створенню методологічного підходу для визначення термодинамічних властивостей води та водяної пари при розрахунках теплообмінних процесів для тих випадків, коли потрібно оперативне керування режимами експлуатації парових турбін великої потужності теплових та атомних електростанцій, а використання існуючих таблиць властивостей робочих середовищ у «ручному» режимі не завжди припустиме. У частині роботи, що подано, розглядається визначення ентальпії води. На підґрунті проведеного аналізу режимів експлуатації теплообмінних пристроїв енергоблоків теплових та атомних електростанцій різної потужності визначено діапазони зміни температури та тиску робочих середовищ при їх розрахунках. Вони становлять для води: по тиску 1 кПа–30 МПа, по температурі 1–300 °С, а для пари відповідно: 1 кПа–6 МПа, 7–450 °С. Аналіз табличних значень робочого середовища (води) показав, що для представлення ентальпії води в аналітичному вигляді на основі апроксимаційних рівнянь з потрібною точністю доцільно розглянути їх побудову у двох областях зміни: в області вакууму (Р < 0,1 МПа) та в області надлишкового тиску (0,1 –30 МПа), яка у свою чергу поділена на 4 діапазони. При зміні тиску це пов'язано з додатковим впливом на значення ентальпії температури, що ускладнює вибір наближених залежностей для отримання ентальпії від параметрів робочого середовища при забезпеченні прийнятного співвідношення розрахункових і табличних значень для розв'язування задач. Авторами розроблено систему регресійних рівнянь, що дозволяють з високою точністю розраховувати значення ентальпії води у заданому діапазоні тисків та температур. Для визначення області, у якій знаходиться величина, що вимірюється, авторами запропоновано використання формули Антуана, в якій встановлюється зв'язок тиску та температури середовища на граничній лінії фазового переходу. Для підвищення її точності запропоновано апроксимаційні рівняння температурних поправок при різному тиску, що забезпечує відхилення температури від табличних значень теплофізичних властивостей, не більш ніж на ±0,04 °С.
Забезпечення герметичності газових свердловин, облаштованих хвостовиками
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Римчук, Данило Васильович; Цибулько, Сергій Володимирович; Рєзва, Ксенія Сергіївна
Розглянуто актуальну проблему фонтанної безпеки, що впливає на подальшу експлуатацію свердловин, а саме проблему їх негерметичності. Проаналізовано традиційні та сучасні технології, які використовуються для забезпечення герметичності газових свердловин (у тому числі і на морському шельфі), облаштованих хвостовиками, що одночасно перекривають газонапірні і водонапірні пласти. Детальніше розглянуто питання обов'язкового випробування обсадних колон двома способами: опресування після спуску і наступного цементування хвостовика та зниження рівня робочої рідини у стволі свердловини. Дані випробування призначені виявити факт герметичності свердловини і придатності її до подальшої експлуатації, або виявити факт негерметичності і одночасно зібрати данні для аналізу подальшого плану дій з подолання наслідків такої негерметичності. Розглянуто послідовність проведення випробувань обсадних колон з використанням колтюбінгової установки вапарайзерного типу, що споживають зріджений азот. Представлено схеми обв'язки свердловини при проведенні випробувань експлуатаційної колони. Відмічено особливості процесів опресування при закачування азоту в затрубний простір та в насосно-компресорну трубу. В результаті проведення розрахунку тиску закачування азоту (допустиме значення якого складало 80 % від тиску опресування експлуатаційної колони) та допустимого тиску в обсадних трубах, було побудовано порівняльний графік. Аналіз отриманих даних підтвердив доцільність проведення опресування за допомогою колтюбінгової установки при закачуванні рідини в насосно-компресорні труби, в наслідок перевищення допустимого значення на глибині 3500 м. Визначено необхідність використання експлуатаційного пакеру, який було встановлено в насосно-компресорну трубу на рівні між головою хвостовика і продуктивним горизонтом, та проведення перфорування хвостовика через внутрішній простір насосно-компресорної труби з використанням гідропіскоструминного перфоратора.
Залежність коефіцієнта корисної дії вихорокамерного ежектора від його геометричних параметрів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Роговий, Андрій Сергійович; Нескорожений, Артем Олегович; Тімченко, Євген Ігорович; Андрієвська, Вікторія Сергіївна; Ярошенко, Микола Андрійович
Знос і зниження ефективності роботи нагнітачів з рухомими робочими органами призводить до того, що стає доцільними використовувати струминні апарати в багатьох технологічних процесах. Використання властивостей закручених потоків, таких як зниження тиску на осі, призвело до створення вихрових ежекторів, проте їхні енергетичні показники та ККД знижені у порівнянні з класичними прямоточними струминними насосами та ежекторами. Розв'язанням цієї проблеми може бути використання більш досконалих принципів передавання енергії та технічних рішень у конструюванні струминних нагнітачів на основі вихрової камери. Такими нагнітачами є вихорокамерні нагнітачі, які завдяки використанню відцентрової сили, мають кращу, порівняно з вихровими ежекторами, енергетичну ефективність. Метою роботи є знаходження залежності коефіцієнта корисної дії вихорокамерного ежектора від його геометричних параметрів на основі методів планування експерименту. Дослідження складалося з трьох етапів: експериментальне дослідження роботи вихорокамерного ежектора однорідного середовища з початковими для оптимізації геометричними параметрами вихрової камери та каналів підводу, й відводу. На другому етапі проведено математичне моделювання на основі розв'язання рівнянь Рейнольдса, із використанням SST-моделі турбулентності. Далі проведено порівняння експериментальних даних з результатами розрахунку. Оптимізація параметрів за допомогою моделі другого порядку дозволила знайти максимальне значення ККД вихорокамерного ежектора, яке дорівнює 16 %. Геометричні параметри, що обрано як фактори: відносні висота та діаметр вихрової камери, відносний діаметр каналу живлення. Найбільший вплив на ККД має відносна висота вихрової камери. Значущість отриманих коефіцієнтів рівнянь регресії перевірено за допомогою t-критерію Стьюдента.
Щодо використання цифрових гідравлічних клапанів у промисловості
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Пономарьов, Владислав Анатолійович
Розглянуто цифрові гідравлічні клапани, які є інноваційною альтернативою традиційним пропорційним аналоговим клапанам. Цифрова гідравліка використовує комбінацію простих, надійних і недорогих клапанів типу ON/OFF, що забезпечують високу точність управління потоком і тиском за допомогою програмованих логічних контролерів. Основна перевага таких систем полягає в зниженні енергоспоживання, оскільки вони усувають необхідність у постійній роботі насоса та не мають внутрішніх перетікань. Показано економічні переваги цифрових клапанів, включаючи зменшення початкових інвестицій завдяки їх нижчій вартості порівняно з пропорційними аналогами. Важливо, що у випадку виходу з ладу одного клапана, система залишається працездатною, оскільки відмова окремих елементів не має критичного впливу на загальну продуктивність. Особлива увага приділяється схемам кодування та методам керування, зокрема бінарному кодуванню та модуляції числа імпульсів. Бінарне кодування дозволяє значно підвищити точність регулювання при мінімальній кількості клапанів, а також забезпечує відмовостійкість системи. Використання паралельно з'єднаних клапанів, що мають широкий діапазон станів, дозволяє досягти точного керування потоками і тиском без необхідності перемикання після встановлення бажаних положень. Крім того, цифрові гідравлічні системи забезпечують високу швидкість реагування та точність керування, що робить їх ефективними для різних промислових застосувань. Подальші дослідження в цій галузі можуть призвести до впровадження нових технологічних рішень і розширення їх застосування у промисловості. Висвітлюються також технічні аспекти таких систем, зокрема широтно-імпульсна модуляція, яка є найбільш поширеним підходом до управління двоходовими клапанами. Широтно-імпульсна модуляція дозволяє досягти високої точності регулювання завдяки частотній модуляції, хоча низька частота перемикання може призвести до пульсації тиску, яку необхідно компенсувати за допомогою спеціального проєктування системи або демпферних пристроїв. Отже, цифрові гідравлічні клапани ьпредставляють собою перспективне рішення для підвищення ефективності та надійності гідравлічних систем у сучасній промисловості, з можливістю суттєвого зниження енергоспоживання та вартості експлуатації.
Проєктування високонапірних робочих коліс радіально-осьових гідротурбін
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Миронов, Костянтин Анатолійович; Дмитрієнко, Ольга Вячеславівна; Соколков, Данило Олександрович
Енергетичні характеристики гідротурбіни, відображаючи сумарний ефект взаємодії потоку з робочими органами, дозволяють судити про роботу машини в цілому. Інформацію про енергетичні якостях окремих елементів проточної частини дає енергетичний баланс. Залучаючи дані енергетичного балансу можливо виявити найбільш сприятливі умови спільної роботи елементів проточної частини, тобто домогтися їх погодження для підвищення рівня ККД – найважливішого енергетичного показника гідротурбіни. Для поліпшення енергетичних показників спроєктованої гідротурбіни проводиться різноманітний аналіз, тобто досліджується залежність кінематичних і енергетичних характеристик гідротурбіни від її геометричних параметрів. Такий аналіз здійснюється для пошуку найбільш раціональних варіантів проточної частини. В роботі представлено проєктування проточної частини високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО400, виконаного за допомогою програм розроблених на кафедрі «Гідравлічні машини ім. Г. Ф. Проскури». Викладено методику аналізу енергетичних характеристик, засновану на застосуванні безрозмірних параметрів. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проєктування гідротурбіни проводяться багатоваріантні розрахунки впливу геометричних показників робочого колеса на формування енергетичних показників гідротурбіни. Для обґрунтування та аналізу результатів будується прогнозна універсальна характеристика гідротурбіни. Для аналізу формування енергетичних характеристик гідротурбін використовували загальні кінематичні властивості просторових решіток, а також загальні закономірності взаємодії потоку рідини з робочим колесом. Виконано аналіз втрат енергії в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни: спіральній камері, напрямному апарату, робочому колесі і відсмоктуючій трубі на оптимальному режимі роботи гідротурбіни, а також аналіз впливу геометричних елементів робочого колеса на зміни втрат енергії в проточній частини. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що для збільшення рівня ККД, при збереженні показників оптимального режиму, необхідно змінювати як місце положення вихідної кромки робочого колеса, так і закон розподілу кутів вздовж неї.
До питання втомної міцності робочих коліс радіально-осьових гідротурбін
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кухтенков, Юрій Михайлович; Назаренко, Сергій Олександрович
Унікальні робочі колеса високонапірних гідротурбін мають великі розміри і масу. Їх виготовляють у вигляді зварнолитих конструкцій, в яких верхній обід, нижній обід і кожну лопать відливають окремо, а потім зварюють, а іноді виготовляють цільнолитими. Внаслідок умов роботи гідротурбін окремі частини робочого колеса (лопаті, нижній обід) виготовляють з кавітаційно- та корозійностійких хромистих сталей. Зварна конструкція дозволяє виготовляти робочі колеса комбінованими: деталі, схильні до кавітації, виконують з нержавіючих хромистих сталей, решта – з дешевих малолегованих. Тріщини, зазвичай, починаються у місцях концентрації напруг і після заварювання через деякий час виникають знову. У відлитих як одне ціле робочих колесах також виникають втомні руйнування при експлуатації гідротурбін, які викликані вібрацією агрегату в результаті пульсації тиску потоку води, вихроутворення, кавітації поряд з гідроабразивним зносом. Втомні тріщини і злами частіше за все виникають на вхідній і вихідній кромках лопаті, де на постійно діюче, максимальне від напору води статичне навантаження накладаються динамічні навантаження. Розглянуті методи боротьби з тріщеноутворенням, методика досліджень і моделювання експлуатаційної навантаженості лопатей. Розрахунки робочих коліс на втомну міцність дозволили зробити висновки про їх напружений стан. Проведені натурні і модельні експерименти по визначенню рівнів пульсації тиску в робочих колесах високонапірних радіально-осьових гідротурбін на напір 300 метрів. Результати цих досліджень можуть розглядатися, як вихідні дані для подальшого їх використання в розрахунках на втомну міцність сучасних 3D моделей робочих коліс високонапірних радіально-осьових гідротурбін.
Numerical study of flow parameters in the high-head francis turbine
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Krupa, Yevhenii; Demchuk, Roman
The scientific exploration of numerical computation regarding spatial flow within hydraulic machinery components is examined. A survey of contemporary software systems is conducted, and the benefits of their utilization over experimental studies are evaluated. It is indicated that the optimal approach involves a blend of experimental investigations and numerical simulation. This methodology facilitates the validation of simulation outcomes under real-world conditions and iteratively enhances the model based on acquired data. A review of the widely utilized Ansys software program is provided, emphasizing its pivotal features and capabilities for analyzing flow components of hydraulic turbines. An algorithm for computing flow parameters in hydraulic turbines using the Ansys software suite is outlined. The subject of this study is the high-head Francis hydraulic turbine Fr 500. The turbine's geometry was constructed employing a sector-based approach. This technique allows for significant simplification of calculations within the computational fluid dynamics framework, thereby reducing computational workload while preserving result accuracy. In selecting mathematical and turbulence models, a comprehensive analysis of the problem was undertaken, identifying models most suitable for the specific situation to ensure dependable numerical simulation outcomes. For spatial flow calculations in the turbine's flow component, the standard k-ε turbulence model was adopted. Considerable attention was devoted to mesh generation, as mesh quality strongly influences result accuracy and reliability. An unstructured mesh comprising tetrahedral-shaped cells was employed for discretizing the flow component, with local mesh refinement at the edges of the runner blades and guide vanes. As a result of numerical computations, the values of primary flow parameters for the design operating mode were determined. A visualization of the flow within the flow component is provided, alongside the assessment of hydraulic losses and turbine efficiency. The efficiency values obtained differ from corresponding experimental values by no more than 1 %. A thorough examination of the flow structure within the flow path was conducted, yielding recommendations for adjusting the blade angle β1 to reduce inlet impact losses.
Втрати електричної енергії з причини її низької якості на насосних станціях підприємств теплових мереж
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Карпалюк, Ігор Тимофійович; Бондаренко, Михайло Олександрович; Дегтяр, Ярослав Дмитрович; Пишний, Олександр Володимирович
Розглядається питання щодо підвищення надійності роботи об'єктів в енергетичній системі України. Зазначається, що в Україні бракує джерел електричної енергії, внаслідок ворожих дій. До того ж рівень втрат електричної енергії є дуже відчутним. Навіть за довоєнними даними статистики рівень втрат перевищував 10 % всієї виробленої енергії. І це було наслідком зносу і електричного обладнання і недостатньої якості електричної енергії. І внаслідок ворожих дій, руйнування енергетичного обладнання призвело до ще гіршого зниження параметрів якості електроенергії. В пріоритеті стає підтримання працездатності енергетичної системи, в той час як якісні показники відходять на другу чергу. Для більшості електроспоживаючого обладнання погіршення якості електричної енергії може мати мультиплікативний ефект. Який проявляє себе як різке збільшення втрат. Для підприємств, робота яких забезпечує життєві потреби населення – якість електричної енергії не є критерієм. Основна мета підтримати працездатність. До таких підприємств відносяться і підприємства теплових мереж. Майже всі прилади і обладнання теплових підприємств працюють на електриці. Примусовий рух теплоносія в мережі створюється тільки за допомогою електричних насосів, які отримують обертальний момент від асинхронних електричних двигунів. Для таких двигунів характерні підвищенні втрати електричної енергії за умови її неякісності. Були проведені заміри якості електричної енергії на двох різних підприємствах теплопостачання. В статті наведені результати проведених замірів. Не зважаючи на те, що підприємства теплопостачання дуже відрізняються (перше обслуговує понад 30 тисяч мешканців, друге понад 8 тисяч мешканців), результати замірів показують спорідненість проблем із якістю електричної енергії. Переважна кількість показників якості електричної енергії не відповідає вимогам до якості електричної енергії. Найбільш критичні відхилення величини середньої напруги і середньої напруги прямої послідовності, що може не відповідати нормі в 100 замірах із 100. Відхилення коефіцієнту несиметрії напруг за нульовою послідовністю також перевищує нормативні значення. Автори звертають увагу на наявність відхилення середнього коефіцієнту n-ї гармонічної складової напруги у всіх фазах. Специфіка роботи обладнання теплопостачаючих підприємств полягає в тому, що їх режими роботи є безперервними протягом всього опалювального сезону. І втрати в мережі можуть накопичуватися. До того ж одним із наслідків використання неякісної електроенергії є зменшення строку роботи електричного обладнання. Автори пропонують загальні методи виправлення ситуації і наголошують на проводженні дослідження електричного обладнання теплопостачаючих підприємств з метою вироблення заходів щодо покращення їх роботи і зменшення втрат енергії.