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

СИНТЕЗ СХЕМ СИСТЕМ ГІДРОПНЕВМОПРИВОДІВ НА СЕМИЛІНІЙНИХ РОЗПОДІЛЬНИКАХ

Михайло Володимирович Черкашенко, Микита Ігорович Черпаков — пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

Метою статті є поглиблене вивчення шляхів вдосконалення гідравлічних і пневматичних систем з використанням семилінійних розподільників. Основні переваги, на які спрямована увага, включають підвищення ефективності, підвищення простоти монтажу, зменшення апаратних витрат та здешевлення гідропневмоприводу, – це основні складові, якими треба керуватись при проєктуванні гідравлічних та пневматичних схем. При досягнення цих показників велику роль має гідроапаратура, що застосовується у системі. Завдяки ідеї використання гранично універсальних модулів, у статті було досліджено розподільники із більшою кількістю ліній ніж у стандартних рішеннях, а саме семилінійні гідро- та пневморозподільники. Надано умовне позначення семилінійного розподільника. Розглянуто мінімальні комбінації функцій, які можуть бути реалізовані за допомогою семилінійних розподільників. Було визначено що можна вважати тригером. Наведено приклади використання семилінійних розподільників при побудові тригерів з домінуючим нулем та тригерів з лічільним входом. Наведено докладний опис роботи таких тригерів. Досліджено можливості розширення функцій командоапарату. Зроблено детальний опис командоапарату, що побудований на семилінійних розподільниках. Надано визначення поняття графу операцій. Побудовано граф операцій для формувальної машини. На основі цього графу побудовані логічні рівняння, що описують увесь процес роботи системи та стани переходів із урахуванням сигналів, що переводять систему у наступний стан, та сигналів, що діють всередині переходу. Також побудовано пневматичну схему для формувальної машини на основі отриманих логічних рівнянь. Застосовано семилінійний командоапарат для побудови цієї схеми, що демонструє можливості застосування семилінійного командоапарату в практичних умовах. Розглянуто сфери застосування подібного командоапарату та семилінійних розподільників.

ТЕХНОЛОГІЇ ГІДРОСТАТИЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ У МЕТАЛУРГІЙНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

Розробка нових випробувальних пресів обґрунтована вимогами сучасних технологій видобутку нафти з надглибоких свердловин і сланцевого газу до перевірки міцності труб в бік збільшення випробувального тиску. Алгоритм гідростатичних випробувань полягає в тому, що на кінці труби насувають випробувальні голівки, які герметизують внутрішню порожнину труби. Потім трубу наповнюють водяною емульсією і збільшують тиск цієї емульсії до величини, встановленої нормативними документами. Для гідростатичного випробування труб нафтогазового сортаменту високим тиском найбільше переваг має спосіб зовнішньої герметизації труб за допомогою сегментних манжет. Механічне обладнання для випробування має враховувати компенсацію осьових зусиль від дії тиску випробувальної рідини в середині труби, для цього рама преса має бути силовою. Розглянуто найбільш розповсюджену силову схему випробувальних пресів, в яких всі осьові сили, які виникають внаслідок дії тиску рідини всередині труби на випробувальні голівки, компенсуються силами реакції в силових колонах. Передню голівку роблять жорстко зв'язаною з колонами, а задню голівку розміщують на рухомій каретці для компенсації немірності довжини труби. В робочому положенні задня каретка фіксується на колонах спеціальними замковими механізмами. Підвищення якості проведення випробування доцільно розглядати за рахунок удосконалення конструкції елементів гідравлічної системи та дослідження процесів при підйомі та утриманні високого тиску. Випробувальний тиск в середині труби створюється переважно за допомогою гідромультиплікатора тиску. Параметри мультиплікатора: коефіцієнт мультиплікації, діаметр поршня та робочий хід вибирають в залежності від потрібного випробувального тиску, довжини та діаметрів труб, що піддаються випробуванню. Дослідження гідросистем високого тиску мультиплікаторного типу наразі представляють особливий інтерес.

ДО ПИТАННЯ ВТОМНОЇ МІЦНОСТІ РОБОЧИХ КОЛІС РАДІАЛЬНО-ОСЬОВИХ ГІДРОТУРБІН

Юрій Михайлович Кухтенков, Сергій Олександрович Назаренко — пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.

АНАЛІЗ СТАНУ ТА ПРОБЛЕМИ РОЗВИТКУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ В УКРАЇНІ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

Сьогодні об'єднана електроенергетична система України працює в надзвичайно складних умовах. Умови збройної агресії створюють надзвичайно складні виклики, за яких неможливо забезпечити надійну та безпечну роботу енергетичної системи. Найбільш перспективним та вагомим чинником трансформації об'єднаної електроенергетичної системи України, який може покращити стійкість її функціонування, на теперішній час, є якнайшвидше впровадження електричних станцій та розподіленої генерації з негарантованою потужністю, яка використовує відновлювані джерела енергії. Особливістю ситуації є відсутність супроводження паралельним вводом регулюючих потужностей з відповідними характеристиками та обсягами, що значно ускладнює забезпечення нормального функціонування. Навіть за умови роботи ринку допоміжних послуг розміщення резервів в обсягах, які б відповідали кодексу систем передачі, на наявному працюючому обладнанні є неможливим. Тому, наразі майже щодня порушуються межі операційної безпеки в частині забезпеченості необхідних обсягів резервів, а профіцити потужності, що виникають, у тому числі через пріоритетну участь відновлювальних джерел енергії у покритті графіків електричних навантажень, не можуть бути ліквідовані засобами поточного ринку електричної енергії, впровадженого в країні. Все це є свідченням того, що електроенергетична система вже сьогодні не відповідає вимогам відповідності генерації і при зростанні потужностей електричних станцій з негарантованою потужністю проблеми забезпечення операційної безпеки будуть загострюватись ще більше. Введення в експлуатацію 2 гігават високоманеврових потужностей генерації зі швидким стартом (включення з нуля та вихід на номінальну потужність протягом 15 хвилин) та 2 гігавати швидкодіючих резервів на базі систем акумулювання електричної енергії нададуть можливість забезпечити електроенергетичну систему необхідними резервами регулювання для виконання вимог відповідності в перспективі до 2030 року. Поряд з цим, підвищення гнучкості енергосистеми не забезпечує можливість вирішення проблеми тривалих профіцитів потужності. Її вирішення потребує впровадження систем переносу потужності з періодів графіків електричних навантажень, де є її профіцит, на періоди, де є її дефіцит – гідроакумулюючі електричні станції, електроакамулюючі електричні станції, механічні та інші системи накопичення.

ВТРАТИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ З ПРИЧИНИ ЇЇ НИЗЬКОЇ ЯКОСТІ НА НАСОСНИХ СТАНЦІЯХ ПІДПРИЄМСТВ ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.

ЩОДО ВИКОРИСТАННЯ ЦИФРОВИХ ГІДРАВЛІЧНИХ КЛАПАНІВ У ПРОМИСЛОВОСТІ

Владислав Анатолійович Пономарьов — пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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 представляють собою перспективне рішення для підвищення ефективності та надійності гідравлічних систем у сучасній промисловості, з можливістю суттєвого зниження енергоспоживання та вартості експлуатації.

АПРОКСИМУЮЧІ ЗАЛЕЖНОСТІ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЕНТАЛЬПІЙ ВОДИ ТА ВОДЯНОЇ ПАРИ ПРИ РОЗРАХУНКАХ ТЕПЛООБМІННИХ ПРИСТРОЇВ ПАРОТУРБІННИХ УСТАНОВОК (ЧАСТИНА I – ВИЗНАЧЕННЯ ЕНТАЛЬПІЇ ВОДИ)

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.

ЗАЛЕЖНІСТЬ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ВИХОРОКАМЕРНОГО ЕЖЕКТОРА ВІД ЙОГО ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.

ПРОЄКТУВАННЯ ВИСОКОНАПІРНИХ РОБОЧИХ КОЛІС РАДІАЛЬНО-ОСЬОВИХ ГІДРОТУРБІН

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.

ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІКИ ТРАНСМІСІЇ НАВАНТАЖУВАЧА З ВИСОКОМОМЕНТНИМИ СТУПЕНЕВО-РЕГУЛЬОВАНИМИ ГІДРОМОТОР-КОЛЕСАМИ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

Мета. Метою статті є аналіз динаміки об'ємного гідропривода трансмісії вилкового навантажувача, оснащеної радіальнопоршневими високомоментними гідромоторами багатоциклової дії зі ступеневою зміною робочого об'єму. Така трансмісія запропонована в якості безредукторної в порівнянні з використанням традиційних трансмісій з аксіальнопоршневими гідромоторами і редукторами перед приводною маточиною колеса. Методика досліджень. Побудована тягово-швидкісна характеристика серійного колісного навантажувача з урахуванням постійної потужності приводного двигуна внутрішнього згоряння для обертання аксіальнопоршневого реверсивного регульованого насосу трансмісії. Проаналізована залежність крутного моменту на маточині ведучого колеса навантажувача залежно від його швидкості. Виконаний підбір високомоментного радіальнопоршневого гідромотора багатоциклової дії, який задовольняє параметрам трансмісії за крутним моментом і максимальною частотою обертання і не має проміжного редуктора на маточині. Для зменшення настановної потужності приводного двигуна насоса навантажувача і витрат палива гідромотори трансмісії також оснащені двохступеневим регулятором зміни робочого об'єму. Побудовані блок-схеми в пакеті прикладних програм VisSim для рішення нелінійних диференціальних рівнянь щодо визначення швидкості навантажувача, тиску в гідроприводі і його корисної потужності. Результати. Проведений аналіз осцилограм динамічних процесів в гідроприводі навантажувача показав, що за допомогою моделювання режимів подачі насоса і ступеневої зміни робочого об'єму радіальнопоршневого гідромотора багатоциклової дії можливо виявлення екстремальних режимів, які приводять до коливань швидкості і потужності навантажувача, а також тиску в гідроприводі.

ПОГОДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ПРОТОЧНОЇ ЧАСТИНИ ВИСОКОЕФЕКТИВНОЇ ОБОРОТНОЇ ГІДРОМАШИНИ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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).

ЧИСЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПОТОКУ В ВИСОКОНАПІРНІЙ РАДІАЛЬНО- ОСЬОВІЙ ГІДРОТУРБІНІ

Євгеній Сергійович Крупа, Роман Миколайович Демчук — пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

Розглянуто науковий напрямок чисельного розрахунку просторового потоку в проточних частинах гідравлічних машин. Проведено огляд сучасних програмних комплексів та проаналізовано переваги їх використання у порівнянні з експериментальними дослідженнями. Зазначено, що оптимальним рішенням є поєднання експериментальних досліджень та чисельного моделювання. Це дозволяє перевірити результати моделювання в реальних умовах і вдосконалити модель на основі отриманих даних. Виконано огляд широко використовуваної програми Ansys, виділено її ключові характеристики та можливості для аналізу проточних частин гідравлічних турбін. Представлено алгоритм розрахунку параметрів потоку в гідравлічних турбінах з використанням програмного комплексу Ansys. Об'єктом дослідження в даній роботі є високонапірна радіально-осьова гідротурбіна РО 500. Побудовано геометрію гідравлічної турбіни з використанням секторного підходу. Цей метод дозволяє значно спростити розрахунки в межах обчислювальної динаміки рідини і зменшити об'єм обчислень без втрати точності результатів. Для вибору математичної моделі та моделі турбулентності проведено докладний аналіз задачі та вибрані моделі, які найкраще відповідають конкретній ситуації, щоб забезпечити надійні результати чисельного моделювання. Для розрахунку просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було обрано стандартну k-ε модель турбулентності. Велику увагу приділено створенню обчислювальних сіток, якість яких сильно впливає на точність та надійність отриманих результатів. Для дискретизації проточної частини використано неструктуровану сітку з комірками тетраедральної форми, з локальним згущенням сітки біля кромок лопатей робочого колеса та лопаток направляючого апарату. В результаті чисельного розрахунку були розраховані значення основних параметрів потоку для розрахункового режиму роботи. Представлена картина течії в проточній частині, та отримано значення гідравлічних втрат та коефіцієнту корисної дії гідротурбіни. Отримані значення коефіцієнту корисної дії мають розбіжність з аналогічними експериментальними значеннями не більше 1 %. Проведено всебічний аналіз структури потоку в проточній частині. Запропоновано рекомендації щодо зміни кута лопаті β1 для зменшення ударних втрат на вході в робоче колесо.

ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ГЕРМЕТИЧНОСТІ ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН, ОБЛАШТОВАНИХ ХВОСТОВИКАМИ

Данило Васильович Римчук, Сергій Володимирович Цибулько, Ксенія Сергіївна Рєзва — пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.

АНАЛІЗ ТЕЧІЇ В ШАРОШКОВОМУ ДОЛОТІ ПРИ БУРІННІ З ВИКОРИСТАННЯМ БУРОВИХ РОЗЧИНІВ НА ВОДНІЙ ТА ВУГЛЕВОДНЕВІЙ ОСНОВІ

пт, 29 лис 2024 00:00:00 +0200

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.