Проблемы машиностроения

Розрахунково-експериментальні дослідження ефективності комбінованого електромагнітного екранування магнітного поля повітряних ліній електропередачі

І. В. Бовдуй — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

Для підвищення ефективності зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного повітряними лініями електропередачі в житлових будинках, проведено експериментальні дослідження за результатами 3D моделювання при застосуванні комбінованого електромагнітного екрану, який складається з активної та пасивної частин. Задача проєктування комбінованого електромагнітного екрану, який складається з робастної системи активного екранування та електромагнітного пасивного екрану, вирішується на основі багатокритеріальної антагоністичної гри двох гравців. Вектор виграшів гри розраховується з використанням системи кінцево-елементних обчислень COMSOL Multiphysics, а розв’язання гри – з застосуванням алгоритмів оптимізації мультироїв частинок. При проєктуванні комбінованих електромагнітних екранів розраховуються координати просторового розташування екрануючої обмотки, струми і фази в екрануючих обмотках робастної системи активного екранування, а також геометричні розміри і товщина електромагнітного пасивного екрану. Наведено результати експериментальних досліджень ефективності екранування магнітного поля з використанням 3D моделювання для житлового будинку та лінії електропередачі, при застосуванні комбінованого електромагнітного екранування, з активною й пасивною частинами. Вперше, з метою підвищення ефективності комбінованого електромагнітного екрану, який складається з активної та пасивної частин, та призначений для зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного повітряними лініями електропередачі в житлових будинках, проведено експериментальні дослідження з використанням 3D моделювання. За результатами експериментальних досліджень, визначено ефективність екранування вихідного магнітного поля, встановлено, що коефіцієнт екранування електромагнітного пасивного екрана дорівнює більше двох одиниць, а ефективність системи з активним екраном – більше чотирьох одиниць, а для системи з комбінованим електромагнітним пасивним і активним екраном становить понад 10 одиниць. Доведена можливість зниження рівня індукції магнітного поля в житловому будинку від ліній електропередачі при використанні комбінованого електромагнітного пасивного й активного екранування до безпечного для населення рівня.

Енергетичне машинобудування в інноваційних змінах характеру економічної діяльності

В. М. Геєць — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

Вивчення процесів трансформації економічної діяльності в Україні під час реалізації політики переходу від планово-розподільної до ринково організованої системи підтвердило, що трансформації відбулися завдяки пакету інноваційних змін, що стосувалися передусім економічних і соціальних складових. Як результат, протягом періоду майже в 15 років було сформовано і визнано на міжнародному рівні, зокрема, з боку США у 2006 р., економіку України ринково орієнтованою. У процесі переходу відбулися певні зміни в економічній діяльності, що мали ознаки її деіндустріалізації, перш за все за рахунок падіння виробництва в обробній промисловості, продукція якої на ринках мала як низьку конкурентоспроможність, так і обмежені можливості реалізації на внутрішньому й в зовнішньому ринках. Паралельно поступово налагоджувалися процеси економічної діяльності, головними ознаками яких мало місце розширення, з одного боку, традиційних видів діяльності з порівняно низьким ступенем технологічної складності, а з другого – тих видів діяльності, які забезпечували функціонування економіки в умовах ринку, а також мала місце обмеженість у нагромадженні факторів економічного росту на основі інноваційних напрацювань, які зумовлювали б розвиток виробництв із порівняно високим ступенем доданої вартості. До складу таких видів діяльності входить, зокрема, ядерна енергетика, для функціонування і розвитку якої в умовах «нової реальності» необхідні нові потужності, що замінять ті, строк експлуатації яких закінчується, й нарощення генерації енергії в цілях забезпечення повоєнної реструктуризації економіки. Як показують результати дослідження, нині в ядерній енергетиці України існує можливість локалізації окремих видів діяльності за рахунок потужностей українського енергетичного машинобудування, що суттєво знизить вартість відповідних проєктів, а це надважливо в умовах обмеженості фінансових ресурсів і зростаючої вартості будівництва нових. У роботі на основі виокремлення особливостей «нової реальності» економічної діяльності екзогенного походження презентовано можливості й обґрунтовано доцільність розвитку й використання енергетичного машинобудування в інноваційних змінах характеру економічної діяльності.

Оптимізація споживання електроенергії групою однотипних електролізних установок монополярного типу

Д. А. Котенко, М. М. Зіпунніков, О. О. Стрельнікова — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

Останнім часом дедалі більше уваги приділяється екологічним проблемам, пов’язаним із надмірним видобуванням традиційних енергетичних ресурсів. Перехід на стійкі й відновлювані джерела енергії стає ключовим рішенням для подолання виснаження природних ресурсів і зменшення негативного впливу на довкілля. Одним із перспективних напрямів є використання технології отримання водню й кисню за допомогою електролізу. Однак на сьогодні згадані технології вимагають великих витрат енергії. Проте в деяких режимах групової роботи використовуються декілька електролізних установок, які працюють одночасно (у даній статті мова йде про монополярні електролізери з активним електродом), при цьому можуть дуже негативно впливати на елементи електричної мережі, яка живить цю групу електролізних установок. У статті розглядається оптимізація роботи групи однотипних монополярних електролізних установок із метою мінімізації їх негативного впливу на електричну мережу. Наведено результати апроксимації функції, яка описує зміну напруги для електролізу з активним електродом, отриманого з експериментальних даних, за допомогою рядів Фур'є. Визначено цільову функцію оптимізації та розвʼязано задачу пошуку оптимальної черги запуску групи електролізних установок за допомогою стохастичних методів. У результаті проведених розрахунків встановлено, що використання стохастичних методів є доцільним, а на основі запропонованого рішення можна створити прототип реальної системи управління групою однотипних електролізних установок.

Задача теорії пружності для шару з циліндричною порожниною за наявності періодичних навантажень

Т. М. Альошечкіна, Н. А. Українець, В. Ю. Мірошніков — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

В аерокосмічній галузі й машинобудуванні використовуються елементи, навантаження на які описується періодичними функціями. У задачах для шару з циліндричними неоднорідностями врахування таких навантажень є складним. З огляду на це існує необхідність створити методику розрахунку напруженого стану для шару з циліндричною порожниною, за якою бралися до уваги й граничні умови у вигляді періодичної функції. У роботі запропоновано розв’язання задачі теорії пружності для шару з циліндричною порожниною у рамках узагальненого методу Фур’є. На верхній межі шару й на поверхні циліндричної порожнини задані напруження, а на нижній межі шару – переміщення. Шар і циліндрична порожнина розглядаються в різних системах координат (у декартовій та циліндричній). До рівнянь Ламе застосовуються функції перерозподілу узагальненого методу Фур’є. Задачу зведено до суми двох розв’язків – додаткової задачі й основної. Обидві задачі зведені до нескінченних систем лінійних алгебраїчних рівнянь, до яких допускається застосування методу редукції. Після знаходження невідомих у додатковій задачі обчислюється напруження в місці геометричного розташування порожнини. Основна задача розв’язується для шару з порожниною, на якій задані зі зворотнім знаком напруження, отримані з додаткової задачі. Повне рішення складається з додаткової та основної задач. Розрахувавши всі невідомі, можна отримати напружено-деформований стан у будь-якій точці тіла із заданою точністю. Чисельний аналіз напруженого стану показав високу точність виконання граничних умов і залежність від періодичного навантаження. Так, напруження s_x та s_z на верхній межі шару мають екстремуми в місцях максимальних значень s_y і збільшуються їх від’ємні значення в місці розташування порожнини. Напруження s_x при цьому перевищують задані s_y.

Перша основна задача теорії пружності для шару з циліндричними порожнинами й гладко контактуючого з двома циліндричними втулками

О. О. Ільїн — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

Розв’язана просторова задача теорії пружності для шару з n поздовжніми циліндричними порожнинами, дві з яких містять товстостінні труби, гладко контактуючі з шаром. На поверхнях шару, внутрішніх поверхнях труб і порожнинах задані напруження. Усі канонічні поверхні між собою не перетинаються. Матеріал шару й циліндричних труб однорідний та ізотропний. Запропоновано аналітико-числову методику розрахунку, яка передбачає виконання умов статики (для першої основної задачі теорії пружності) та базується на рівнянні Ламе. Базисні розв’язки рівняння Ламе беруться у формі, що дає можливість у кожній окремій системі координат отримати точний розв’язок для певної граничної поверхні. Базисні розв’язки в цих системах координат (для шару – декартова, для циліндричних неоднорідностей – локальні циліндричні) пов’язані між собою математичним апаратом узагальненого методу Фур’є. Виконання граничних умов на верхній та нижній поверхнях шару, на внутрішніх поверхнях труб, на циліндричних порожнинах, а також врахування умов спряження створюють нескінчену систему інтегро-алгебраїчних рівнянь, яка зведена до нескінченої лінійної. У чисельному дослідженні до отриманої нескінченої лінійної алгебраїчної системи рівнянь застосовується метод редукції. Розв’язання системи рівнянь дає значення невідомих функцій. Чисельні розрахунки показали швидку збіжність наближених розв’язків до точного. Проведений чисельний аналіз напруженого стану шару і товстостінних труб показав, що застосування поліамідних втулок, в порівнянні з їх відсутністю, майже не впливає на напружено-деформований стан конструкції, застосування стальних втулок зменшує напруження в середині шару в областях їх розташування, перерозподіляючи напруження на самі втулки. Запропонований метод розв’язання дає можливість отримувати напружено-деформований стан конструкцій, що містять циліндричні порожнини і втулки, а проведений чисельний аналіз дозволяє оцінити вплив матеріалу на величини розподілення напружень у конструкціях машин і механізмів на етапі проєктування.

Кінетика процесу сушіння композиційних біогранул на конвективному сушильному стенді

Ж. О. Петрова, В. М. Пазюк, Ю. П. Новикова, А. І. Петров — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

На сьогодні в Україні існує така проблема, як переповнення мулових карт, до яких постійно додають активний мул, що з часом перетворюється на мулові відкладення. Крім того, накопичені мулові відкладення застарілі, через що вони втратили переважну кількість біогенних речовин, стали занадто мінералізованими й майже непридатними до безпосереднього одержання з них біопалива. Їх ліквідація потрібна для ефективної та безперебійної експлуатації очисних споруд, а також для рекультивації земель. Однак для розв’язання цієї проблеми можна використовувати застарілі мулові відкладення при створенні палива на основі торфу та біомаси, що набуває актуальності через енергетичну кризу у всьому світі. Тому нині нагальним завданням є розробка технології переробки застарілих мулових відкладень на паливні гранули, які можуть використовуватися як паливо для, наприклад, міні-ТЕЦ, що одночасно виробляють теплову й електричну енергію. Зауважимо, що застарілі мулові відкладення мають малий вміст органічної складової, з огляду на це для кращої їх утилізації запропоновано створювати композитні гранули, а отримана при подальшому їх сушінні й спалюванні зола застосовуватиметься для виготовлення будівельних матеріалів. Метою роботи було проведення дослідження процесу сушіння композитних гранул на конвективному стенді й узагальнення результатів теоретичним розрахунком. У роботі вивчені процеси сушіння композиційних гранул на основі застарілих мулових відкладень, торфу й біомаси і визначені ефективні режими сушіння. Виявлено вплив температури теплоносія на тривалість сушіння мулоторфяної композиції: підвищення температури зменшує тривалість сушіння гранул у 1,4 раза. Крім того, при порівнянні кінетики сушіння дво- і трикомпонентних гранул при температурі 80 °С та 120 °С встановлено, що тривалість сушіння трикомпонентних гранул в 1,1–1,4 раза менша, ніж у двокомпонентних, тобто підвищення температури теплоносія зменшує тривалість сушіння трикомпонентних гранул приблизно у 1,5 раза. Теоретичні дослідження, за підсумками яких побудовані узагальнені криві сушіння композиційних гранул, розраховані за до допомогою методу В. В. Краснікова, показали збіг з експериментальними даними. З узагальнених кривих сушіння і швидкості сушіння розраховані відносні й кінетичні коефіцієнти сушіння, отримані формули тривалості сушіння дво- і трикомпонентних гранул.

Підвищення ефективності системи охолодження турбогенератора шляхом використання в газоохолоджувачі оребрених трубок

Б. К. Шестак — Mon, 20 Oct 2025 00:00:00 +0300

Надійність турбогенератора великої потужності багато в чому залежить від його системи охолодження. Безаварійна й ефективна робота цієї системи, зокрема газоохолоджувача, є проблемою, яка не повністю вирішена на теперішній час. У статті запропоновано модернізовану конструкцію газоохолоджувача для турбогенератора потужністю 325 МВт, в якому використовуються біметалеві трубки з високим оребренням. Для обґрунтування ефективності такої конструкції та визначення запасу теплопередачі газоохолоджувача проведено розрахунок його теплового стану. Отримані результати показали, що перегрів води в газоохолоджувачі становить 5 °С. При цьому одна секція газоохолоджувача забезпечує відведення теплових втрат у 1266 кВт при витратах водню 6,66 м³/с і охолоджуючої води 200 м³/с, що задовольняє вимогам до цього газоохолоджувача.