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

Розробка математичної моделі, програмного забезпечення та розрахункові дослідження з оцінки потенціалу локальних газових мереж та газових родовищ щодо доцільності використання турбодетандерів

2025-11-14T15:58:42+02:00

Враховуючи той факт, що турбодетандерні установки забезпечують розосереджене виробництво електроенергії без шкідливого впливу на навколишнє середовище то перед енергетичною галуззю України стоїть задача якнайширшого впровадження турбодетандерних технологій. Для визначення найбільш пристосованих для впровадження турбодетандерних технологій локальних газових мереж, які оперують природнім газом різного компонентного складу, різними тисками і температурами та масовими витратами газу потрібно мати можливість проведення швидкої експертної оцінки потенціалу цих газових мереж щодо можливості та раціональності впровадження турбодетандерних технологій для виробництва електроенергії. В статті наведена математична модель з оцінки потужності турбодетандера, як функції основних параметрів природного газу локальної газової мережі і внутрішнього відносного коефіцієнта корисної дії турбодетандера. Наведено приклад програмної реалізації математичної моделі на мові програмування C₊₊. Показана програмна реалізація розв’язання рівнянь стану багатокомпонентних сумішей природного газу для чотирьох локальних газових мереж України. Приведені результати числових досліджень впливу параметрів природного газу та ККД на потужність, яку можна отримати при використанні турбодетандерів, а також виконано порівняльний аналіз локальних газових мереж щодо отримання максимальної потужності турбодетандерів. Розроблене програмне забезпечення може буде корисним, як для виробників турбодетандерів, так і замовників для проведення швидких експертних оцінок потенціалу локальних газових мереж і газових родовищ щодо доцільності використання турбодетандерів.

Комплексний аналіз теплових процесів у реакторі ВВЕР-1000 та парогенераторі ПГВ-1000М для підвищення ефективності експлуатації

2025-12-06T00:54:25+02:00

Стаття присвячена аналізу комплексної роботи реактора ВВЕР-1000 і парогенератора ПГВ-1000М і буде корисною для здобувачів вищої освіти за спеціальностями машинобудівної і теплоенергетичної галузей як матеріал для аналізу та закріплення знань із теплових розрахунків теплоенергетичного устаткування. Робота реактора досліджувалась при змінній питомій енергонапруженності активної зони при значеннях 100, 110, 120 Вт/м³. При розрахунку і аналізу роботи реактора обрано оптимальний режим роботи з найбільшою ефективністю і збереженням безпечної роботи реактора при питомій енергонапруженності активної зони 110 Вт/м³, при цьому значенні отримані розподіл температур в оболонках ТВЕЛів по всій довжині, температури теплоносія на вході і виході реактора, коефіцієнт запасу до кризи теплообміну. Детальний аналіз температурних профілів, виявив, що найбільше тепловиділення та відповідні температури спостерігаються в центрі паливного стрижня. Аналіз, проведений у роботі, показав, що мінімальний запас до кризи теплообміну в максимально навантаженому каналі становить понад 32,5 %. Це означає, що коефіцієнт запасу до кризи теплообміну перевищує 1,325, що вважається достатнім запасом для ВВЕР реакторів. Спираючись на оптимальні значення роботи реактора проведено тепловий конструкційний розрахунок парогенератора, що дозволило оцінити ефективність теплопередачі. Для пошуку потенційних шляхів модернізації процесів в парогенераторі було проведено аналіз впливу зовнішніх діаметрів трубок 14, 12, 10 мм і швидкості первинного теплоносія на процес теплопередачі і габарити парогенератора. Було обрано діаметр трубок 10 мм, швидкість первинного теплоносія 5,72 м/с, яка відповідає оптимальній швидкості при розрахунку реактора. Ці показники відповідають найкращім показникам теплопередачі зі збереженням безпечної роботи парогенератора і реактора.

Альтернативні робочі тіла та комбіновані цикли: сучасні тенденції в удосконаленні теплових схем енергетичних установок

2025-12-06T00:34:41+02:00

У статті розглянуто сучасні підходи до підвищення ефективності теплових схем енергетичних установок шляхом використання альтернативних робочих тіл та комбінованих циклів. Проаналізовано обмеження традиційних циклів Ренкіна та Брайтона, які досягли межі вдосконалення, та обґрунтовано необхідність впровадження нових технологій. Особливу увагу приділено органічному циклу Ренкіна (ORC), циклу Калини та надкритичному CO₂ (sCO₂), що забезпечують ефективне використання низько- та високотемпературних джерел теплоти. Показано, що застосування органічних рідин, водо-аміачних сумішей та надкритичних флюїдів дозволяє підвищити загальний ККД установок до 50 % – 60 %. Розглянуто комбіновані системи (газопарові, ORC+sCO₂), які мінімізують втрати тепла та забезпечують гнучкість конструкції. Окремо проаналізовано екологічні та економічні аспекти: зниження викидів CO₂, інтеграцію з відновлюваними джерелами, можливість участі у програмах «зеленого тарифу». Визначено перспективи розвитку: розширення застосування sCO₂-циклів, створення робочих тіл з низьким GWP, автоматизація комбінованих систем та удосконалення теплообмінних апаратів. У статті узагальнено сучасні розробки та тенденції, що формують основу високоефективних і екологічно безпечних енергетичних технологій майбутнього.

Особливості режимів експлуатації та конструктивного виконання стопорних та регулюючих клапанів потужних парових турбін

2025-12-08T15:58:08+02:00

В статті наведено огляд режимів експлуатації стопорних та регулюючих клапанів циліндрів високого та середнього (або низького) тиску потужних паротурбінних установок теплових та атомних електростанцій. Визначені типові режими роботи клапанів в залежності від їх функціонального призначення у складі установки, в залежності від системи паророзподілу, типу турбіни та способа регулювання її потужності. Обговорюється структура течії в клапанах з конструкцією кутового типу з одностороннім бічним підведенням робочого тіла в парову коробку. Відмічено, що така консрукція є типовою у використанні у складі потужних паротурбінних установок, що експлуатуються в Україні. За результатами аналізу запропоновано розділення стопорних та регулиющих клапанів на три групи в залежності від діапазону їх роботи. Для кожної із груп наведені рекомендації щодо конструктивного виконання елементів проточного тракту клапана, зокрема основної запірної чаші та сідла, що сприяють підвищенню ефективності їх роботи. Також для стабілізації течії розглянуто доцільність встановлення спеціальної обічайки всередині парової коробки клапана, що має непроникний сектор, обернений до входу в клапан.

Визначення параметрів гібридної тягової системи для приміського електропоїзду

2025-11-28T16:12:24+02:00

Розглянуто застосування накопичувачів енергії на моторвагонному електрорухомому складі. На основі проведеного аналізу обгрунтовано доцільність використання гібридних тягових систем для вітчизняних електропоїздів, які використовуються у приміському сполученні. Обґрунтовано спосіб визначення параметрів тягового електроприводу, який враховує середнє прискорення електропроїзду при розгоні. Розглянуто способи утворення моторвагонного електрорухомого складу з моторних та причепних вагонів. Визначено, що пріоритетним є використання моторних вагонів з підвищеною потужністю. Обчислено тягові параметри моторного вагону, потужність електроприводу якого повитнна становити 1500 кВт при максимальній силі тяги при рушанні, рівній 200 кН. Запропоновано застосування бортового накопичувача енергії для акумулювання енергії у режимі електродинамічного гальмування при зупинці. Проведено розрахунки параметрів бортового накопичувача для такого режиму використання та встановлено, що на один моторний вагон необхідний накопичувач робочою ємністю, рівною 10 кВт∙год та потужністю, рівною 1700 кВт. Показано, що для стоврення бортового накопичувача енергії з такими параметрами доцільно викорситовувати суперконденсатори. Виконано обчислення масогабаритних парамтерів бортового накопичувача енергії, за результами якого загальна маса елементів становмть 2,5 т, а об’єм, який потрібний для розміщення елементів – 2,5 м³.

Підвищення енергетичної ефективності тягового електроприводу маневрових тепловозів

2025-11-28T16:11:05+02:00

Розглянуто підвищення енергетичної ефективності тягового електроприводу маневрового тепловозу. Показано, що при зміні кількості працюючих тягових електродвигунів змінюється ККД тягового електроприводу, що може бути використано для підвищення тягово-енергетичних показників тепловозу. Запропоновано та обгрунтовано використання осередненого ККД як критерію для вибору раціональної кількості працюючих електродвигунів. Осереднений ККД визначається з урахуванням тривалості роботи тягового електроприводу у певному режимі роботи. Показано, що для маневрового тепловозу доцільно визначати осереднений ККД для режимів роботи, які відповідають руху при маневрових переміщеннях. Досліджено енергоефективність тягового електроприводу для випадку виконання маневрових операцій та вивізної роботи при чотирьох та шести працюючих тягових електродвигунах. За результатами розрахунків показано, що при використанні чотирьох тягових електродвигунів осереднений ККД вищий. Роботу з чотирма тяговими електродвигунами доцільно визначити як пріоритетний режим роботи. як основного режиму роботи тепловозу. Результати досліджень можуть бути використані при модернізації маневрових тепловозів ЧМЕ3 з колекторним тяговим електроприводом. Запропонована методика може бути адаптована для інших тепловозів, а також може використовуватися при створенні нового рухомого складу.