Проблемы машиностроения

Розробка універсальної конструкції повітрозбірника для вимірювання витрати закрученого повітряного потоку за допомогою інтегрального термоанемометра

2024-04-20T09:36:16+03:00

Вимірювання витрат і середньої швидкості закрученого потоку повітря на повітророзподільних пристроях вентиляційних систем є досить складною задачею через натікання потоку повітря на вимірювальний пристрій під різними кутами. Як наслідок, при використанні точкових термоанемометрів або інших витратомірів можуть виникати значні похибки. Застосування інтегральних анемометрів полегшує вимірювальний процес. Однак похибки, пов'язані зі зміною кута натікання потоку повітря на чутливий елемент вимірювального пристрою, слід усунути. Для цього необхідно забезпечити прямолінійну структуру повітряного потоку за допомогою перехідного повітрозбірника й випрямляча. Метою роботи є розробка конструкції повітрозбірника, що дозволить вимірювати витрату закрученого повітряного потоку. Завдання – оптимізація геометричних параметрів повітрозбірника для забезпечення прямолінійної течії, мінімізація його габаритів й аеродинамічного опору. Правильність вибору конструкції повітрозбірника оцінювалася збігом градуювальної характеристики зонда інтегрального термоанемометра при наявності вихрового дифузора перед повітрозбірником та за його відсутності. Запропонований пристрій має прямокутну форму і складається з приймача, випрямляючої решітки, камери, розгінної і стабілізуючої ділянок, на виході яких встановлюється зонд термоанемометра. Приймач і розгінна ділянка звужуються по своїй довжині, а камера і стабілізуюча ділянка мають постійний переріз. Випрямляюча решітка встановлюється всередині камери і являє собою конструкцію зі стільників квадратної форми. За допомогою комп'ютерного моделювання досліджено декілька варіантів конструкції повітрозбірника з різними геометричними параметрами. Побудовано залежність аеродинамічного опору від витрати повітря. Як оптимальну обрано конструкцію повітрозбірника, для якої була створена фізична модель у натуральну величину. Експериментальним шляхом отримані градуювальні характеристики вимірювального зонда з повітрозбірником при натіканні закрученого повітряного потоку. Розроблений універсальний повітрозбірник дозволяє проводити вимірювання витрати повітря на виходах практично будь-яких повітророзподільних пристроїв вентиляційних систем будівель.

Використання ансамблю нейронних мереж для визначення діагностичних параметрів хребців

2024-04-24T22:38:04+03:00

Штучний інтелект відкриває великі перспективи в багатьох сферах діяльності людини, насамперед у медицині. Одним із пріоритетних напрямів використання штучного інтелекту в цій галузі є сегментація медичних зображень задля автоматичного діагностування поширених захворювань. У цій роботі досліджується, зокрема, можливість застосування ансамблю нейронних мереж для діагностування остеопорозу. Для досягнення вказаної мети вивчено можливості використання методів машинного навчання для сегментації і визначення форми й розмірів певних хребців (Th8, Th9, Th10, Th11 хребця людини) на рентгенівських зображеннях, отриманих у реальних умовах. Досліджено низку нейронних мереж, які застосовуються в обробці зображень, й запропоновано алгоритм одночасного їх використання для якісного визначення діагностичних параметрів.

Раціональні режимні параметри енергоблоків, що працюють у сучасних умовах енергоринку

2024-04-24T21:49:31+03:00

У статті проведено аналіз роботи конденсаційних і теплофікаційних турбін у сучасних умовах енергоринку з оцінкою впливу на економічні показники режимних параметрів гострої та вторинної пари. Показано, що при роботі на змінних навантаженнях найбільш ефективними в частині високого тиску турбіни є раціональне зниження початкового тиску р_ос(ковзного тиску), що приводить до підвищення теплової економічності на 1–1,5%. Представлено експериментальні результати дослідження впливу вакууму в конденсаторі на витрату палива. На конкретному прикладі турбоустановки К-320-26,5 доведена необхідність раціонального вибору витрати охолоджувальної води в зимовий час для забезпечення оптимального вакууму. Найбільш детально розглянуто питання вибору раціональної температури промперегріву пари t_пп. Встановлено, що однією з основних причин зниження ефективності турбоагрегатів під час роботи на змінних режимах є нераціональне використання температури промперегріву й теплоти фазового переходу у проточній частині циліндра низького типа. Наведено фізичне пояснення цих процесів у турбіні при зниженні t_пп. а результатами аналізу роботи турбоустановок різної потужності встановлено, що раціональний вибір температури промперегріву (зниження t_пп на 10-20 °С) підвищує теплову економічність на 1–2%, а коефіцієнт корисної дії на 0,4–1,0%. Рекомендується як раціональні параметри пари при роботі на змінних режимах розглядати тиск гострої пари циліндра високого тиску (р_ос), тиск у конденсаторі (р_к=f(t_{цирк.води})), а також температуру промперегріву t_пп, що в комплексі дозволяє знизити витрати тепла на 2,5–3,5%. З метою підвищення економічної ефективності роботи турбоблоків ТЕЦ і ТЕС на знижених навантаженнях пропонується переглянути нормативну документацію щодо чинних поправок за змін температури промперегріву. Зазначено, що за суворого дотримання розглянутих вище рекомендацій економія палива на ТЕС і ТЕЦ України може становити 250–300 тисяч тонн вугілля на рік.

Підвищення ефективності теплофікаційних блоків ТЕЦ за рахунок вибору раціональних режимів відпуску теплоти

2024-04-24T22:11:05+03:00

Проаналізовано можливості підвищення економічності теплофікаційних турбін теплоелектроцентралей за рахунок вибору раціональних режимів експлуатації підігрівачів сітьової води. За допомогою програмно-обчислювального комплексу, розробленого в Інституті проблем машинобудування НАН України та адаптованого авторами до умов експлуатації генеруючого обладнання ТЕЦ з одним або двома мережевими підігрівачами, у роботі проведено комплекс розрахункових досліджень різних способів їх підключення залежно від температури зовнішнього повітря. Встановлено області позитивного ефекту, пов'язаного з підвищенням електричної потужності турбоустановки. Розрахункове дослідження виконано при типових для турбоустановки витратах сітьової води від 1000 т/год до 4500 т/год, в діапазоні зміни температури зовнішнього повітря від -11 ºС до 10 ºС (опалювальний сезон) і більше 10 ºС (гаряче водопостачання). Зміна навантаження енергоблоку здійснювалася за рахунок витрати свіжої пари при постійному тиску й температурі на вході в турбіну. Як показали результати роботи теплофікаційної турбіни Т-100/120-130 в умовах експлуатації з одним або двома теплофікаційними відборами пари, в області позитивних температур зовнішнього повітря вище 2ºС при всіх витратах сітьової води доцільно використовувати один нижній відбір (при відключеному верхньому). При цьому додаткова електрична потужність в області температур зовнішнього повітря більше 6 ºС може скласти від 0,25 МВт до 2,15 МВт. Проте при температурі зовнішнього повітря меньше 2 ºС робота з одним нижнім теплофікаційних відбором стає нераціональною. Із точки зору обрання раціональних режимів експлуатації турбоустановок найбільш важливими є результати з визначення оптимального розподілу теплового навантаження між сітьовими підігрівачами. Виграш у електричній потужності турбіни може становити на номінальному режимі експлуатації з двома підігрівачами до 2,46 МВт, а в порівнянні з використанням одноступінчатого підігріву – до 7,84 МВт. Характер впливу розподілу теплового навантаження вказує на те, що при відході від інструкційного рівномірного розподілу теплового навантаження між сітьовими підігрівачами можна отримувати додаткову електроенергію.

Продовження безпечної експлуатації турбоустановки К-1000-60/3000 після пошкодження ротора ЦВТ

2024-04-20T09:49:35+03:00

Нині, коли на території України ведуться широкомасштабні бойові дії, включення вітчизняної енергосистеми до європейської є надійною складовою забезпечення електричною енергією енергетичного ринку країни. Проте передумовою сталої роботи енергетичного сектору України, на переконання фахівців, все-таки вважається безперебійна й безпечна робота атомних електростанцій. Мета публікації полягає в оцінці пошкоджуваності, індивідуального ресурсу ротора циліндра високого тиску (ЦВТ) турбіни К-1000-60/3000 енергоблоку ЛМЗ після пошкодження лопаток для подовження експлуатації енергоблоку в умовах напруженого стану роботи енергосистеми. Одним із найбільш ефективних шляхів часткового вирішення проблеми заміщення генеруючих потужностей є продовження строків експлуатації енергоблоків АЕС після завершення проєктного строку експлуатації за умови виконання норм ядерної та радіаційної безпеки. Перегляд раніше встановлених строків служби енергетичного обладнання енергоблоків АЕС передбачає оцінку залишкового ресурсу енергетичного обладнання згідно з нормативними документами. Після аварійного пошкодження робочих лопаток останнього ступеня ротора ЦВТ турбіни К-1000-60/3000 енергоблоку ЛМЗ виникла необхідність у вивченні циклічної та статичної пошкоджуваності, індивідуального залишкового ресурсу ротора ЦВТ. У процесі досягнення поставленої мети були проведені дослідження для трьох варіантів конструкцій: вихідний варіант (п’ять ступенів ротора ЦВТ), варіант без робочих лопаток останнього ступеня і варіант без п’ятого ступеня (з чотирма першими ступенями). Проведений розрахунок ресурсних показників ротора у виконанні ЦВТ без робочих лопаток 5-го ступеня показує, що накопичене в основному металі статичне пошкодження складає 52%, циклічне пошкодження – це 5% при застосуванні нормативних запасів міцності по числу циклів і по деформаціях на рівні n_N=10 і n_ε=1,5 згідно з рекомендаціями СОУ-Н МЕВ 40.1-21677681-52:2011. Таким чином, сумарне пошкодження основного металу складає 57%, що встановлює залишковий ресурс ротора ЦВТ на рівні 88,4 тисяч годин. Проведений розрахунок ресурсних показників ротора у виконанні ЦВТ без всього 5-го ступеня показує, що накопичене в основному металі статичне пошкодження становить 52%, циклічне пошкодження – 6% при застосуванні нормативних запасів міцності по числу циклів та по деформаціях на вищезазначеному рівні. Сумарне пошкодження основного металу складає 58%, що визначає залишковий ресурс ротора ЦВТ на рівні 85,6 тисяч годин.

Нелінійне деформування циліндрів із матеріалів, що неоднаково опираються розтягу і стиску

2024-04-24T21:17:36+03:00

Розроблено новий чисельно-аналітичний метод розв’язування фізично нелінійних задач деформування осесиметрично навантажених циліндрів із матеріалів, що неоднаково опираються розтягу і стиску. Для лінеаризації задачі використано метод неперервного продовження за параметром. Для варіаційної постановки лінеаризованої задачі побудовано функціонал у формі Лагранжа, заданий на кінематично можливих швидкостях переміщень. Для знаходження основних невідомих задачі фізично нелінійного деформування циліндра сформульовано задачу Коші для системи звичайних диференціальних рівнянь. Задачу Коші розв’язано методом Рунґе-Кутта-Мерсона з автоматичним вибором кроку. Початкові умови встановлювалися шляхом розв'язання задачі лінійно-пружного деформування. Праві частини диференціальних рівнянь при фіксованих значеннях параметра навантаження, що відповідають схемі Рунґе-Кутта-Мерсона, знайдено із розв’язку варіаційної задачі для функціонала у формі Лагранжа. Варіаційні задачі розв’язано методом Рітца. Розв’язано тестову задачу для нелінійно-пружного деформування тонкої циліндричної оболонки. Отримано збіг просторового розв’язку з оболонковим. Досліджено фізично нелінійне деформування товстостінного циліндра. Показано, що неврахування різної поведінки матеріалу за розтягу і стиску призводить до значних похибок у результатах розрахунку параметрів напружено-деформованого стану.