Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетичнi та теплотехнiчнi процеси й устаткування

До 85-річного ювілею БОЙКА АНАТОЛІЯ ВОЛОДИМИРОВИЧА

2024-12-29T20:31:17+02:00

У рік 85-річного ювілею ми щиро вітаємо Анатолія Володимировича Бойка, міжнародно визнаного вченого, доктора технічних наук, професора, засновника нового напряму в турбінобудуванні — Оптимального проєктування турбомашин!

Дослідження ресурсних показників ротора середнього тиску турбіни К-200-130

2024-07-17T00:44:09+03:00

Робота присвячена дослідженню ротора середнього тиску турбіни К-200-130, який вичерпав парковий ресурс у 220 тис. год та 800 пусків, а саме проводиться прогнозування довговічності роботи даного обладнання та продовженні експлуатації на понадпарковий термін служби. Розроблено геометричну модель найбільш навантаженої частини ротора – від середини шийки валу в зоні опорно-упорного підшипника до диску п’ятого ступеня. Головною зоною дослідження обрано галтель 13 ступеня з боку 14 ступеня. Причиною дослідження даної зони є те, що це найбільш навантажена зона по досвіду авторів та аналогічних досліджень. Аналіз стану сталі показав, що при роботі в типовому напівбазовому режимі експлуатації, накопичене пошкодження в металі ротора за циклічними механізмами руйнування складає 27 %. Статичне пошкодження становить 49 %. Таким чином, сумарна пошкодження металу знаходиться на рівні 76 %, що встановлює залишковий ресурс ротора середнього тиску турбоагрегату К-200-130 63300 год.

Подальше удосконалення математичної моделі термо та газодинамічних процесів в турбіні без робочих лопаток частини ступенів

2024-07-19T13:59:30+03:00

Поточний стан енергосистеми України характеризується суттєвим напруженням і нестачею генеруючих потужностей. Відновлення та впровадження нових генеруючих потужностей потребує великих об’ємів відповідних ресурсів та часу. Найбільш малозатратним та відносно швидким варіантом покращення стану енергосистеми може бути тимчасове використання пошкодженого енергетичного обладнання після відповідних профілактичних та ремонтних заходів. Враховуючи аварійний стан парових турбін багатьох електростанцій, потрібно мати інструмент для оцінки їх ефективності і потужності, а також можливості та доцільності подальшого їх використання після пошкодження. В роботі розглядається удосконалена математична модель термо та газодинамічних процесів в турбіні без робочих лопаток частини ступенів. Наведені результати тестових розрахунків проточних частин циліндрів різних парових турбін за відсутності робочих лопаток, як окремих ступенів, так і групи ступенів. Виявлені характерні закономірності впливу на ефективність проточної частини місця розташування ступеня без робочих лопаток в циліндрі турбіни. Найбільше зниження ефективності і потужності циліндру виникає в випадку відсутності робочих лопаток в ступенях, які розташовані ближче до голови циліндрів. Найменші втрати ККД і потужності досягаються при відсутності робочих лопаток останнього ступеня. В соплових решітках ступенів, які розташовані безпосередньо за ступенями без робочих лопаток, суттєво зростають рівні втрат енергії. Використання розробленої математичної моделі дозволяє знаходити рішення щодо підвищення ефективності турбін з відсутніми робочими лопатками частини ступенів за рахунок зміни геометрії відповідних соплових решіток.

Вплив чисел Маха і Рейнольдса на аеродинамічні характеристики соплової решітки газової турбіни

2024-07-31T21:02:25+03:00

Представлені результати експериментального дослідження кільцевої соплової решітки малорозмірної газової турбіни середньої віяловості у складі турбінного ступеня, а також в умовах сумісної роботи з радіальним дифузором. При наявності робочого колеса число Маха змінювалося в діапазоні 0,3 – 0,85, а в статичних умовах в діапазоні 0,3 – 1,4. Коефіцієнт витрати знаходився за інтегральною методикою з використанням дренажів, коефіцієнти втрат і усереднені кути потоку визначені за результатами детальних вимірювань параметрів потоку за решіткою пневмометричними зондами. Аеродинамічна ефективність соплової решітки знаходиться на дуже високому рівні і на розрахунковому трансзвуковому режимі коефіцієнт втрат кінетичної енергії дорівнює 0,052, а коефіцієнт повних втрат – 0,09. На режимах, де число Маха дорівнює 0,6, зафіксований дуже сильний вплив граничних умов за сопловою решіткою на її аеродинамічні характеристики, що вказує на недоліки експериментів без робочого колеса. Встановлено, що від робочого колеса можна відмовитися, якщо число Маха перевищує 0,85.

Використання біогазу в газових турбінах для виробництва теплової та електричної енергії

2024-08-15T21:57:49+03:00

У сучасних розвинених країнах світу на вироблення електричної енергії та теплоти низького та середнього потенціалу витрачається основна частина видобутих паливно-енергетичних ресурсів. В Україні потенціал виробництва біометану оцінюється в 7,8 млрд м³/рік, що складає 25 % нинішнього споживання природного газу в країні. Інфраструктура України готова до транспортування і енергетичного використання біометана, оскільки біометан є повним аналогом природного газу. При зберіганні органічних відходів («біовідходів») – наприклад, органічної частини побутових відходів – виділяється біогаз, суміш метану та вуглекислого газу. Цей газ є високоякісним паливом для газових двигунів або газових турбін – так само, як метантенційний газ, що виробляється з біомаси на очисних спорудах. Біогаз може замінити викопне паливо, а також характеризується своєю нейтральністю CO₂. Біогаз можна спалювати на місці, практично не переробляючи, щоб обігрівати будівлі та живити котли чи навіть сам реактор. Біогаз можна використовувати для комбінованого виробництва теплоти та електроенергії, можна просто перетворити на електроенергію за допомогою двигуна внутрішнього згоряння, паливних елементів або газової турбіни, при цьому отримана електроенергія використовується на місці або продається в електричну мережу. Врахувавши переваги використання біогазу, а також цінову політику на природній газ, в дослідженні проведено розрахунок теплової схеми державної районної електростанції. Як основне паливо використовується природний газ, для порівняння вибрано біогаз. Питома теплота згоряння біогазу майже вдвічі менша за природній газ. Працюючи на біогазі, коефіцієнт корисної дії газотурбінної установки менший на 8,5 %, парогазової установки – на 7,5 %, ніж на природному газі. Так як в еквіваленті 1000 м³ природного газу дорівнює 1500 м³ біогазу, введено коефіцієнт врахування на біогаз. На основі відповідного дослідження сформовано висновки щодо використання біогазу, як альтернативу природному газу. Актуальністю використанням біогазу для виробництва теплової та електричної енергії є забезпечення перспективного джерела електроенергії і зниження викидів вуглекислого газу.

Комплексний метод розрахунку систем повітряного охолодження газових турбін та систем змащування підшипникових вузлів

2024-07-18T16:58:09+03:00

Стаття присвячена удосконаленню методики розрахунку повітряних систем охолодження і систем маслозабезпечення підшипників газових турбін шляхом обґрунтованого вибору граничних умов і структури гомогенного потоку, що дозволяє в процесі розробки опорних вузлів ротора двигуна визначити вплив геометричних і режимних параметрів на розподіл масла і коефіцієнта тепловіддачі у стінок камери, що утворює масляну порожнину. При моделюванні особливу увагу приділено фізики процесу, так як в каналах системи охолодження може рухатися охолоджувач з різними властивостями, а саме: рідина (масло), газ (повітря) або маслоповітряна суміш. Якщо в каналі двофазна речовина, то властивості залежать не тільки від величини газовмісту, але і від орієнтації і геометричних характеристик каналів, по яких вона тече.

Аналіз аеропружності лопаткового вінця турбіни з несиметричним тиском на виході

2024-07-29T20:43:32+03:00

Елементи потужних парових турбін зазнають значних нестаціонарних навантажень, зокрема лопатки ротора останніх ступенів. Ці навантаження, у деяких випадках, можуть викликати самозбудні коливання, які є вкрай небезпечні та мають негативний вплив на ефективність та ресурс лопаткового апарату. Тому при розробці нових чи модернізації існуючих ступенів парових турбін рекомендовано проводити дослідження аеропружних характеристик робочих лопаток. Представлено результати числового аналізу аеропружних характеристик лопаткового вінця ротора останнього ступеня парової турбіни 380 МВт з урахуванням несиметричного розподілу тиску за ступенем. Розподіл тиску спричинений впливом вихлопного патрубка та отриманий експериментальним шляхом. При аналізі використовувався перевірений чисельний метод одночасного розв’язання зв’язаної задачі нестаціонарної аеродинаміки та пружних коливань лопаток, який дозволяє прогнозувати амплітудно-частотний спектр нестаціонарних навантажень і коливань лопаток в потоці в’язкого газу. Результати моделювання представлено у вигляді переміщень периферійного перетину лопатки та аеродинамічних сил, що діють на цей перетин, а також їх спектри. Також в результаті отримано залежність коефіцієнта аеропружності від міжлопаткового кута зсуву фаз коливань. Результати розрахунків показали відсутність флатеру та автоколивань за першою власною формою коливань лопаток у частковому режимі роботи парової турбіни. Аналіз результатів не виявив значного впливу несиметричності тиску на виході з вінця, завдяки значної різниці між частотами збудження, що спричинені нерівномірністю, та власними частотами коливань лопаток.

Про підвищення екологічної ефективності парку котельних установок у сучасних умовах

2024-07-21T11:41:52+03:00

Серед галузей виробництва екологічно найбільш агрессивною є енергетика, а серед її об’єктів – котельні установки. Склалася необхідність спільного вирішення проблеми зниження шкідливого впливу котельних установок на природне середовище та проблеми корисного впливу їх на світову енергетику. До котельних установок, що відпрацювали частину ресурсу працездатності та викидають у зовнішнє середовище значну кількість забруднюючих шкідливих рнечовин, доцільно застосовувати часткове оновлення, при якому екологічно покращується топковий процес. Застарілі установки в перспективі доцільно замінити еквівалентними за потужністю альтернативними джерелами енергії.

Оптимізація сопла Вентурі для абразивно-струминної установки

2024-07-17T07:47:37+03:00

Пневмо-абразивна обробка поверхонь є невід’ємною частиною багатьох технологічних процесів з нанесення покриттів, виконання ремонтних чи відновлювальних робіт та ін. Ефективність роботи пневмо-абразивної установки характеризується декількома чинниками. Головним чинником є час обробки поверхні матеріалу. Чим швидше буде виконана обробка поверхні тим вищою буде ефективність обробки, оскільки для роботи пневмо-абразивної установки потрібна велика кількість стисненого повітря та абразивного матеріалу. На ефективність пневмо-абразивної установки найбільшим чином впливає робоче сопло, від конструкції якого залежать характеристики повітряно-абразивної суміші. Робоче сопло призначене для формування струменя та збільшення швидкості робочого потоку, який складається з суцільної та дисперсної фаз. Впливаючи на геометричні розміри та конструкцію сопла можливо варіювати його характеристиками. Під робочими характеристиками сопла розуміють його основні параметри, що впливають на час обробки поверхонь матеріалів, а саме: швидкість робочої суміші на виході з сопла, масова витрата дисперсної та суцільної фаз, сила реакції струменя, значення контактних напружень на оброблюваній поверхні від удару струменя. Мета роботи полягає у виконанні оптимізації геометрії робочого сопла пневмо-абразивної установки. Виконання поставленої мети забезпечується застосуванням плану повного факторного експерименту, виконанням серії чисельних досліджень за допомогою програмного комплексу ANSYS. Одержані результати перевіряються на спеціальному експериментальному стенді по дослідженню робочих сопел пневмо-абразивної установки. В результаті виконаних досліджень надані практичні рекомендації по проектуванню робочих сопел для абразивно-струминної обробки поверхонь матеріалу.