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

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГОЛОВНОГО РОЗПОДІЛЬНИКА СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ШВИДКОСТІ ГІДРОТУРБІНИ

Михайло Володимирович Черкашенко, Олександр Іванович Гасюк — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

ЕНЕРГЕТИЧНА СТІЙКІСТЬ МЕДИЧНИХ ОБ'ЄКТІВ ПІД ЧАС ПЕРЕХІДНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

ОСОБЛИВОСТІ ПРОЄКТУВАННЯ ВБУДОВАНОЇ СИСТЕМИ ДІАГНОСТУВАННЯ ГІДРАВЛІЧНИХ МАШИН

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

Основою отримання інформації про об'єкт діагностування є засоби технічного діагностування, при цьому передбачається проведення операцій вимірювання різних параметрів, сукупність яких є основою процесу діагностування. Засоби діагностування поділяють на зовнішні, переносні (пересувні) та вбудовані. Розглянуто вбудовані засоби технічного діагностування. Вбудована система діагностування (ВСД) є автономним комплексом для автоматичної перевірки ступеня працездатності та справності агрегатів і гідроприводу в цілому, що дозволяє, в обмежених межах, локалізувати деякі несправності за результатами контролю діагностичних і функціональних параметрів в експлуатаційних або спеціальних тестових режимах, причому результати діагностування можуть бути представлені оператору або накопичуються для подальшої обробки. По відношенню до інших вбудованих засобів діагностування ВСД є найбільш складними та порівняно новими пристроями. Вони перебувають у стадії розробки, макетування та експериментальних досліджень. Було проведено проєктування комплексу діагностичного обладнання, а саме: проєктування блоку вимірювальних приладів; проєктування навантажувального пристрою для діагностики насосів і зняття навантажувальної характеристики безпосередньо на об'єкті. Спроєктований комплект діагностичних пристроїв використовується в якості вбудованої системи діагностування (за рахунок вбудованих датчиків), а також як окремий діагностичний комплекс за рахунок можливості підключення зовнішніх датчиків. Вимірювані цим комплексом значення діагностичних параметрів можуть бути записані на внутрішню карту пам'яті або передані через бездротовий Bluetooth-зв'язок на персональний комп'ютер PC або Android-пристрій (смартфон, планшет) для подальшої обробки. Також було проведено дослідження оцінки міцності корпусу гідротестера розрахунково-аналітичним способом (із застосуванням методу кінцевих елементів в середовищах Ansys Static Structural), що є еквівалентним натурним випробуванням щодо крайових умов та досяжних результатів. За результатом розрахунку можливо стверджувати, що вибір матеріалу і конструктивні розміри спроєктованого приладу були обрані раціонально.

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СВЕРДЛИЛЬНОГО ВЕРСТАТА ЗА ДОПОМОГОЮ СТРУКТУРНОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ

Микита Ігорович Черпаков — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОТОЧНОГО СТАНУ РОЗВИТКУ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ТА АВТОМАТИЗАЦІЇ ГІДРАВЛІЧНИХ МАШИН

Олексій Андрійович Ярошенко, Олександр Іванович Гасюк — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ АБСОРБЦІЙНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСУ ПРИ ІНТЕГРАЦІЇ ДО ТЕПЛОВОЇ СХЕМИ ПТ-60/70-130/13

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

УДОСКОНАЛЕННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ РОЗМІРІВ І ХАРАКТЕРИСТИК ВИХОРОКАМЕРНИХ НАСОСІВ ДЛЯ ПЕРЕКАЧУВАННЯ ВОДОВУГІЛЬНОГО СЕРЕДОВИЩА

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

Вихорокамерний насос поєднує в собі позитивні характеристики відцентрового і струминного насосів, а його ефективність набагато вища, ніж у класичного струминного насоса. Цей насос відрізняється від вихрового ежектора тим, що потік подається в тангенціальний вихідний канал, який відсутній у вихровому інжекторі. Традиційний насос для сипучих матеріалів у багатьох аспектах має певні недоліки, ці недоліки обмежують сферу його застосування, механічні деталі та ущільнення традиційних насосів для сипучих матеріалів швидко зношуються, що призводить до короткого терміну служби. На основі розв'язання рівнянь Рейнольдса для потоку води проаналізовано вплив кута між тангенціальними каналами насоса на енергетичні характеристики: збільшення кута до 180° призводить до зменшення відносного ККД на 30 %, тиску на виході – на 12 %, а витрати всмоктування – на 14 %. Таким чином, конструкція з нульовим кутом між тангенціальним входом активного середовища і тангенціальним вихідним каналами є оптимальною з точки зору енергозберігаючих характеристик насоса. Зі збільшенням діаметра вихрової камери не спостерігається суттєвої тенденції до зниження ефективності перекачування рідини насосом. Зі збільшенням загального тиску подачі осьова витрата на вході збільшується відносно повільно, а витрата змішаного потоку на виході зростає за параболічним трендом. Знос стінки вихрової камери насоса залежить від масової витрати вугілля, що надходить у вихрову камеру. Чим більша масова витрата абразивного середовища, тим більша щільність швидкості ерозії і середня об'ємна частка твердого сипучого середовища у вихровій камері насоса. Чим менший діаметр частинок вугілля, тим більша щільність швидкості ерозії і середня об'ємна частка у вихровій камері насоса. Таким чином, слід прагнути до збільшення розміру частинок, що призведе до меншого зносу.

АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ГІДРОМОТОР-КОЛЕС В ТРАНСМІСІЯХ ШВИДКІСНИХ ТРАКТОРІВ

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

РОЗРОБКА НОВИХ КОНСТРУКЦІЙ ГОРИЗОНТАЛЬНИХ КАПСУЛЬНИХ ГІДРОТУРБІН

Євгеній Сергійович Крупа, Роман Миколайович Демчук — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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, щ о є к лючовим ф актором 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.

ПРОЄКТУВАННЯ ВИСОКОЕФЕКТИВНИХ ПРОТОЧНИХ ЧАСТИН ОБОРОТНОЇ ГІДРОМАШИНИ

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

Розглянуто проблему необхідності розвитку відновлюваних джерел енергії як засобу збереження довкілля та енергонезалежності України з метою зменшення використання органичного палива. Показано, що розвиток української відновлюваної енергетики повинен відбуватися паралельно з будівництвом систем накопичення енергії та балансування енергосистеми. Найефективніший у системі накопичення енергії та балансування енергосистеми є гідроакумулюючі електричні станції (ГАЕС). В роботі показано, що створення високоефективного устаткування ГАЕС багато в чому залежить від правильного вибору геометрії елементів проточної частини оборотних гідромашин, завдяки чому виникає можливість забезпечити необхідний рівень енергетичних показників гідрообладання. Застосування методу осереднених безрозмірних характеристик в характерних перерізах проточної частини дозволяє вже на початкових етапах проектування нових оборотних гідравлічних машин обрати оптимальну геометрію елементів проточної частини. Даний метод позитивно зарекомендував себе при чисельному дослідженні радіально-осьових гідротурбін у широкому діапазоні напорів, а також оборотних машин на напори 300–500 м. Використовуючи вирази, які встановлюють зв'язок гідродинамічних характеристик з безрозмірними комплексами були досліджені три варіанти проточної частини високонапірної оборотної гідромашини ОРО500. На основі отриманих результатів відмічено значний вплив геометрії на показники гідромашини. Проаналізовано розподіл втрат енергії у підводі, лопатевій системі та відводі. Найбільші втрати енергії відбуваються у підводі оборотної гідромашини. Для підвищення енергетичних та кінематичних показників оборотної гідромашини ОРО500 було змінено геометрію елементів підводу, а саме спіральної камери і статору. Запропоновано варіанти покращення показників в елементах підводу проточної частини оборотної гідромашини.

ОСОБЛИВОСТІ ПЛІВКОВОЇ ТЕЧІЇ РІДИНИ ПО ВЕРТИКАЛЬНІЙ ПОВЕРХНІ У ПОПЕРЕЧНОМУ МАГНІТНОМУ ПОЛІ

Асіман Нізамі Огли Мамедов, Сергій Васильович Стась, Єгор Валерійович Лаврухін — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ СВЕРДЛОВИННОГО СТРУМИННОГО НАСОСА

Денис Олександрович Паневник — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

МОДИФІКАЦІЯ РОБОЧОГО КОЛЕСА ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСА ЗА ДОПОМОГОЮ САПР

Наталія Григорівна Шевченко, Денис Віталійович Лебединець — ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.

ВАЛІДАЦІЯ ВІДКРИТОЇ БІБЛІОТЕКИ OPENFOAM ГІДРОТУРБІН ДЛЯ ВИСОКОНАПІРНОГО ВІДЦЕНТРОВОГО КОМПРЕСОРА

ср, 24 січ 2024 00:00:00 +0200

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.