Запропоновано напрями підвищення ефективності соплового регулювання для парових енергетичних турбін серії К-300, які разом з турбінами серії К-200 складають основу теплової енергетики України. Як об'єкт дослідження розглянуто регулюючий відсік циліндра високого тиску парової турбіни К-325-23,5. Числові розрахунки та проектування регулюючого відсіку парової турбіни виконувалися за допомогою розробленої в ІП-Маш НАН України комплексної методології, яка включає методи різних рівнів складності від одновимірних до моделей розрахунку просторових в'язких течій, а також аналітичних методів опису просторових геометрій проточних частин на основі обмеженої кількості параметризованих величин. Комплексну методологію проектування реалізовано в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програмних комплексів FlowER і FlowER-U. Модель в'язкої турбулентної течії грунтується на числовому інтегруванні осередненої системи рівнянь Нав'є - Стокса, для замикання яких використовується двочленне рівняння стану Таммана. Врахування турбулентних явищ здійснювалося за допомогою двопараметричної диференціальної моделі турбулентності SST Ментера. Дослідження проводилися для шести режимів роботи в розрахунковій області, що складалася з понад 3 млн. комірок (елементарних об'ємів) з урахуванням міждискових і діафрагмових перетікань. За результатами числових досліджень вихідного регулюючого відсіку парової турбіни К-325-23,5 показано, що у проточній частині через великі втрати кінетичної енергії у камері вирівнювання, а також завищене навантаження на перший ступінь, ккд є достатньо низьким на всіх режимах експлуатації, у тому числі на номінальному (режим 100 % потужності). На основі проведеного аналізу газодинамічних процесів сформовано напрями й виконано модернізацію проточної частини регулюючого відсіку. В новій проточній частині, на відміну від вихідної, спостерігається сприятлива картина течії на всіх режимах роботи, що забезпечує її високу газодинамічну ефективність. Залежно від режиму, коловий ккд регулюючого відсіку збільшився на 4,9 - 7,3 %, а потужність - на 1 - 2 МВт. На номінальному режимі (режим 100 %) коловий ккд нового регулюючого відсіку з урахуванням міждискових і надбандажних перетікань становить 91 %.

Шифр НБУВ: Ж16851 Пошук видання у каталогах НБУВ 

В нормативних документах Міністерства енергетики та вугільної промисловості України парковий ресурс високотемпературного енергетичного обладнання енергоблоків 200 МВт обмежений напрацюванням 220 тис. год. та числом пусків 800. На сьогодні високотемпературні литі корпуси регулюючих клапанів циліндрів високого та середнього тиску парових турбін потужністю 200 МВт енергоблоків ДТЕК Луганська ТЕС відпрацювали близько 305 - 330 тис. год. за загальної кількості пусків від 1438 до 1704, що перевищує паркові значення. Тому необхідно провести оцінку залишкового ресурсу корпусів регулюючих клапанів циліндрів високого і середнього тиску парової турбіни К-200-130, щоб визначати можливість її подальшої експлуатації. Дані розрахунки виконано на базі дослідження теплового і напружено-деформованого станів литого устаткування турбіни, що виконано авторами раніше. В роботі встановлено значення приведених до симетричного циклу навантаження амплітуд інтенсивності деформацій для найбільш типових змінних режимів роботи. Використовуючи експериментальні криві малоциклової втоми сталі 15X1М1ФЛ, було встановлено значення допустимого числа пусків і накопичено в основному металі циклічну пошкоджуваність. Значення накопиченої в ході стаціонарних режимів роботи статичної пошкоджуваності визначалась згідно з одержаними авторами раніше експериментальними даними щодо довготривалої міцності сталі 15Х1М1ФЛ. Проведені розрахунки показали, що сумарна пошкоджуваність корпусів регулюючих клапанів парової турбіни К-200-130 блока N 15 ДТЕК Луганська ТЕС складає 97 і 98 %. Залишковий ресурс металу регулюючих клапанів циліндрів високого тиску практично вичерпано і становить 10 тис. год. Залишкове напрацювання регулюючих клапанів циліндрів середнього тиску складає 7 тис. год., тобто також майже вичерпано, за коефіцієнтів запасу міцності за числом циклів і за деформаціями на рівні 5 і 1,5, відповідно, а також допустимого часу роботи металу 370 тис. год. За збільшення допустимого часу роботи металу до 470 тис. год. відповідно до експериментальних досліджень КПІ ім. Ігоря Сікорського сумарна пошкоджуваність металу корпусів клапанів зменшується до 80 %, а залишковий ресурс збільшується до 79 і 75 тис. год. для клапанів циліндрів високого і середнього тиску відповідно.

Розв'язано задачу про напружено-деформований стан замкового з'єднання робочих лопаток 1-го ступеня циліндра середнього тиску в умовах пластичного деформування. Під час розв'язання задачі використовується теорія пружно-пластичних деформацій. Розв'язання задачі здійснюється з використанням двох різних підходів до задания кривих пластичного деформування. Оцінюється можливість застосування більш простої білінійної апроксимації взамін класичної мультилінійної. На прикладі розв'язання даної задачі показано час, необхідний для виконання розрахунку при використанні білінійної та мультилінійної апроксимацій. Порівняння одержаних результатів у вигляді розподілу пластичних деформацій, еквівалентних напружень і контактних напружень по опорних площадках надало можливість оцінити відмінність під час використання двох типів апроксимації. Одержане значення похибки результатів під час використання білінійної апроксимації надало змогу зробити висновки про можливість застосування такого підходу до обробки кривих пластичного деформування для розв'язання подібного роду задач. Розв'язання задачі здійснюється за допомогою методу скінченних елементів. Щоб об'єктивно оцінити вплив пластичного деформування на перерозподіл навантажень в замковому з'єднанні, використовується модель, одержана під час розв'язання задачі про термонапружений стан замкового з'єднання робочих лопаток. Показано розподіл контактних напружень в замковому з'єднанні. Проведено порівняння результатів з одержаними раніше під час розв'язання задачі термопружності. Відзначено суттєві відмінності рівня контактних зусиль. Наведено результати розрахункової оцінки напружено-деформованого стану замкового з'єднання робочих лопаток першого ступеня циліндра середнього тиску парової турбіни, що надають змогу охарактеризувати ступінь релаксації і перерозподілу напружень в конструкції у порівнянны з результатами, одержаними раніше під час розв'язання задачі термопружності. Зроблено висновки щодо економічної доцільності використання поданої методики розрахунку.

Електролізерні установки широко застосовуються у різних галузях промисловості. Вони представляють собою ємності високого тиску з камерою та розміщеними у ній електродами, які скомпоновано в пакети, а також кришку і патрубки. До їх технічних характеристик пред'являються високі вимоги, що підтверджують актуальність проблеми удосконалення методів досліджень. Для моделювання кінетики термонапруженого стану в елементах енергоустановок зі складними реологічними характеристиками матеріалу й з урахуванням його пошкоджуваності на базі методу скінченних елементів розроблено спеціальну методику та програмний комплекс, що надають змогу у тривимірній постановці розв'язувати широкий клас нелінійних нестаціонарних задач із одночасним урахуванням усіх чинних факторів. Дослідження кінетики тріщини виконано з використанням методики розрахункової оцінки живучості елементів конструкцій, яка базується на принципах механіки крихкого руйнування, при цьому зона пластичності у вершині тріщини приймається малою у порівнянні з розмірами тріщини, а кінетика тріщини визначається коефіцієнтами інтенсивності напружень у її вершинах. Методика грунтується на розрахунках кінетики тріщини до критичних розмірів, коли відбувається лавиноподібне руйнування елемента конструкції, або тріщина проростає наскрізь по товщині елемента. Кінетика напівеліптичної тріщини, яка виходить на внутрішню поверхню стінки електролізерної камери, досліджувалася під дією статичного й циклічного навантажень. Із використанням розробленої методики виконано розрахункові дослідження термонапруженого стану верхньої частини електролізерної комірки. Одержані результати показують, що циліндрична частина кришки є найбільш навантаженою. Виконано дослідження розвитку внутрішньої поверхневої напівеліптичної тріщини, яка зародилася в цій зоні. Установлено, що за малої кількості циклів за рік тріщина буде довго підростати до певної глибини, далі швидкість її росту від статичного навантаження збільшується так швидко, що ростом тріщини від циклічного навантаження можна знехтувати.

Підвищення надійності і ресурсу ущільнень валів динамічних насосів є найважливішою вимогою під час їх створення. Найбільш поширеним типом ущільнень залишаються традиційні сальникові ущільнення, які являють собою вузли з регульованим витоком і періодично відновлюються у процесі експлуатації. Радикальною зміною конструкції традиційного сальникового ущільнення є перехід до торцового сальникового ущільнення з постійним тиском на набивання. Показано, що торцові сальникові ущільнення можуть успішно поєднувати в собі переваги механічних торцових ущільнень із простотою і порівняно низькою вартістю традиційних сальникових. Механічне торцове ущільнення, в якому одне з ущільнюючих кілець замінено сальниковою набивкою, має переваги, які суттєво розширюють сферу застосування традиційних сальникових ущільнень. Описано схему і фізичну модель роботи торцового сальникового ущільнення. В процесі роботи ущільнення набивка відтісняється від відповідної металевої поверхні тиском середовища. При цьому утворюється конфузорний зазор, протяжність якого пропорційна відношенню тиску, що ущільнюється до тиску попереднього стиснення набивки. Наведено розрахунок розподілу гідростатичного тиску і зазору по радіусу торцового стику ущільнення. Нерівномірність контактного тиску по радіусу, що зумовлена віджимом набивки ущільнюваним тиском на вхідній ділянці, викликає передчасний знос перевантажених областей контактних поверхонь. Запропоновано вирази для оцінки втрат потужності на тертя в торцовому сальниковому ущільненні. Показано, що ці втрати суттєво нижче у порівнянні з втратами потужності тертя в традиційному сальниковому ущільненні. Проведено оцінку теплового стану торцового сальникового ущільнення. Одержано вираз для визначення витоку, який забезпечує середню температуру на контактній поверхні, що не перевищує допустимого значення. Дослідження показали, що коефіцієнт навантаження торцових сальникових ущільнень, на відміну від механічних торцових ущільнень, маэ бути близький до одиниці. Одержані залежності надають змогу виконувати розрахунок торцових сальникових ущільнень на етапі їх проектування.

Досліджено особливості напружено-деформованого стану сполучного вузла паропроводу турбоустановки на основі використання тривимірної розрахункової моделі конструкції і поверхонь, що контактують між собою. Вузол, що розглянуто, включає в себе власне трубопровід, обжимний кожух, що складається з двох половин, в одній з яких встановлено відведення, і прокладку-ущільнювач. Сформовано математичну модель, що враховує механічні навантаження, які викликано як внутрішнім тиском пари на стінку паропроводу, так і затягуванням кріплень кожуха. Розглянута модель також включає контактну взаємодію в вузлі ущільнення на контактних поверхнях трубопроводу, верхньої та нижньої половин кожуха. Запропоновано методику розв'язання даної контактної задачі, яка грунтується на використанні методу скінченних елементів. В основу скінченноелементної моделі покладено двадцятивузлові тривимірні скінченні елементи з трьома ступенями свободи в кожному вузлі. Для опису контакту і ковзання між поверхнями використовувалися восьмивузлові контактні скінченні елементи. Врахування контактних умов здійснювалося за допомогою методу штрафних функцій. Проведено верифікацію моделі і програмного забезпечення, що реалізує запропоновану методику, шляхом порівняння результатів розрахунку і експериментальних даних, які одержано на фізичній моделі трубопроводу. Фізичну модель було виготовлено з низькомодульного матеріалу з дотриманням повної геометричної подібності і такого ж співвідношення модулів пружності матеріалів, як і в реальному об'єкті. Визначено напружено-деформований стан сполучного вузла реального трубопроводу в тривимірній постановці і виявлено найбільш напружені зони у вузлі, що потребують підвищеної уваги під час проектування та експлуатації трубопроводів та їх з'єднань. Розроблений підхід і програмне забезпечення надають можливість визначити контактний тиск для фланців горизонтального роз'єму високонапружених корпусів циліндрів потужних парових турбін, що надає змогу уникнути великої кількості дорогих експериментальних досліджень.

Наведено теоретичні та експериментальні дослідження процесу електрохімічного утворення водню і кисню при паралельному та послідовному підключенні електродів в одному електролітному об'ємі. Дане дослідження грунтується на законах збереження маси, термодинаміки, електротехніки, електрохімії з використанням даних, одержаних на основі методів математичного та фізичного моделювання. Наведено дані з розробки та дослідження двох конструкцій електродних пакетів, а саме, з парапельним і послідовним з'єднанням електродів, з подальшім розміщенням кожного пакету в одному електролітному об'ємі. Експериментальні та розрахункові дані надали змогу виявити закономірності перебігу електрохімічної реакції розкладання рідкого електроліту на водень і кисень, розподілу напруги при паралельному та послідовному підключенні електродів в одному електролітному об'ємі. Також було встановлено зміну електричного потенціалу між внутрішніми електродами. Замір напруги проводився від електроду 1 до електроду 4. Результати експериментальних досліджень було відображено графічно. З наведених графіків видно, що напруга на клемах внутрішніх електродів нижче, ніж необхідно для перебігу електрохімічної реакції розкладання рідкого електроліту з генеруванням газоподібного водню і кисню. Для реалізації концепції розміщення послідовного (біполярного) з'єднання електродів в одному електролітному об'ємі необхідно акцентувати увагу на розробці конструкції електролізера, який надасть змогу: роз'єднати електроди електрично і забезпечити гальванічну ізоляцію їх між собою (окремо ізольовані електролітні об'єми для кожної електродної пари). Це надасть змогу підвищити робочий тиск згенерованих водню і кисню до 20,0 МПа та знизити струмове навантаження електролізного процесу під час використання альтернативних джерел енергії.

Наведено метод планування на електронно-обчислювальних машинах обсягів ремонтів систем енергоблоку атомної станції і метод обчислення його гамма-відсоткового ресурсу. Планування здійснюється на основі прогнозування показника надійності - ймовірності безвідмовної роботи за певний час, а гамма-процентний ресурс обладнання визначається шляхом розв'язання відповідних рівнянь. Розглянуті завдання пов'язані з важливою проблемою енергетики - продовженням термінів експлуатації енергоблоків. Її важливість визначено, в основному, економічною доцільністю - дешевше оцінити ресурс енергоблоку і на цій дослідницькій основі продовжити його експлуатацію, ніж створити нову установку. Також показано, що розрахунок ймовірності радіаційної аварії на енергоблоці пов'язаний з результатами планування ремонтів його систем, з оцінками ресурсу обладнання. Сформульовано задачу оптимізації: потрібно знайти такий план обсягів ремонтних робіт системи, щоб за обмежених витрат на її ремонт показник надійності системи за час заданої тривалості найменш відхилявся від гранично допустимого значення. Розв'язання задачі грунтується на розрахунку структурної надійності системи. Будується графологічний образ системи у вигляді композиції графологічних образів типових структур. Після обчислення показника надійності типових структур останні замінюються окремими структурними елементами, що надає можливість спростити в обчислювальному сценарії вихідний графологічний образ системи і обчислити показник її надійності. Визначення плану ремонту здійснюється шляхом застосування версії покоординатного методу оптимізації. Для оцінки гамма-процентного ресурсу приймається модель, в якій відновлювані компоненти обладнання мають необмежений ресурс, хоча, звичайно, "старішають", а невідновлювані компоненти витрачають свій ресурс до рівня, коли їх заміна стає зумовленою порушенням вимоги до гранично допустимого значення показника надійності системи. Оцінка гамма-процентного ресурсу обладнання здійснюється шляхом планування ремонтів системи на послідовності інтервалів, в межах яких енергоблок виробляє енергію щорічно.