НАУКОВО-ДОСЛІДНА РОБОТА НА КАФЕДРІ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ
За період з 2009 по 2019 рр. колектив кафедри ТЕ та ЕТ виконав комплекс науково-дослідних робіт як за традиційною, так і за новою для кафедри тематикою. До цих робіт широко залучалися студенти, які навчаються на кафедрі. Наводимо основні напрямки досліджень, стислі характеристики отриманих результатів та основні публікації за матеріалами виконаних робіт, які досить повно відбивають наукову діяльність кафедри.
Напрямок науково-дослідних робіт “Конструювання та надійність парових турбін”
Отримані наступні основні результати:
- Розроблено конструкцію ялинкового хвостового з’єднання робочих лопаток турбін з оригінальною формою опорної поверхні, яка сприяє підвищенню рівномірності розподілу навантаження опорними поверхнями (конструкція захищена патентом на винахід).
- Виконано аналіз факторів, які визначають ресурс роботи парових турбін, аналіз визначається властивостями матеріалів конструкції у межах високих температур.
- Запропоновано конструкцію робочої лопатки останнього ступеня парової турбіни з оригінальною системою бандажних зв’язків.
- Проведено аналіз впливу пружної деформації розкрутки на напружено-деформований стан довгих лопаток турбомашин та запропоновано метод компенсації відхилень перерізів лопаток від проектного положення.
На основі отриманих результатів опубліковані, в тому числі, наступні матеріали:
1) Новое из опыта устранения низкочастотной вибрации турбоагрегатов/ Сухинин В. П., Левченко Е. В.// Проблемы машиностроения, №3, 2010. С. 12-17.
2) Напружено – деформований стан та удосконалення конструкцій хвостових з’єднань робочих лопаток парових турбін/В. П. Сухінін, Т. М. Фурсова// Монографія. – Харків: «Оперативна поліграфія». 2013. – 132 с.
3) Шубенко О. Л./Деформации кручения длинных лопаток паровых турбин// О. Л. Шубенко, В. П. Сухинин., А. Ю. Бояршинов. – Восточно – Европейский журнал передових технологий, 2013. – 3/8(63). – С. 21 – 24.
4) Ресурс паровой турбины /Сухинин В. П. Пугачова Т. Н.// Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Збірник наукових праць. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків: НТУ „ХПІ”. – 2014. – № 11(1054). – С. 132 – 139.
5) Шубенко О. Л. Діагностика, надійність, ресурс парових турбін. Монографія/ О. Л. Шубенко, В. П. Сухінін, Т. М. Фурсова та ін.//; УІПА – Харків: «Оперативна поліграфія», 2014. – 152 с.
6) Кнабе О. Г/ Доцільність застосування методу формування температурної нерівномірності для роз’ємних корпусів циліндрів парових турбін// О. Г.Кнабе, М. М. Нечуйвітер, І. Г. Шелепов. Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Збірник наукових праць. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків: НТУ „ХПІ”. – 2014. – № 13(1056). – С. 55 – 61.
Напрямок науково-дослідних робіт “Автоматизовані енергозберігаючі системи управління (АЕСУ) енергетичними об’єктами”.
Розроблено наукові принципи, методи та математичні моделі, що забезпечують створення АЕСУ енергетичних об’єктів, які зводяться, до задання на основі розроблених моделей функцій енергетичних втрат об’єктів та подальшої реалізації цих функцій у системах управління в реальному режимі часу з метою забезпечення режимів роботи енергетичних об’єктів із мінімальними втратами. Так, наприклад, результати цих робіт впроваджені на Зміївській ТЕС, на підприємствах Центренерго, у ТОВ «Енергетик» та у Харківському інституті комплексної автоматизації у наступних варіантах:
1) Алгоритми автоматизованого управління прецизійними системами регулювання частоти обертання та потужності парових турбін.
2) Алгоритми енергоефективної роботи турбогенераторних установок. За матеріалами робіт захищена дисертація на здобуття звання доктор технічних наук на тему: «Моделі методи структурного та параметричного синтезу прецизійних електрогідравлічних спостерігаючих систем автоматизованих випробувальних стендів» (авт. Канюк Г. І.).
Також за матеріалами робіт захищені та підготовлені наступні наукові кваліфікаційні роботи:
1. Дисертація на здобуття звання кандидат технічних наук (захищена) на тему: «Удосконалення методів підвищення точності автоматичного регулювання подачі повітря у домни» (авт. Попов М. А.).
2. Дисертація на здобуття звання кандидат технічних наук (підготовлена) на тему: «Наукове та нормативне забезпечення показників якості електроенергії на теплових та атомних електростанціях» (авт. Близниченко Є. М.).
На основі отриманих результатів опубліковані, в тому числі, наступні матеріали:
1) Канюк Г.И. Основные направления повышения показателей качества электрогидравлических систем автоматического регулирования производительности турбокомпрессорных агрегатов доменных печей / Г.И. Канюк, М.А. Попов, Н.К. Кириченко // Вістник національного технічного університету “ХПІ”. Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Нові рішення в сучасних технологіях.- Харків: НТУ “ХПІ” – 2010. – №46.- с.70-74.
2) Канюк Г.И. Повышение технико-экономических показателей технологического процесса доменной выплавки чугуна путем усовершенствования системы автоматического регулирования и метрологического обеспечения процесса подачи воздуха / Г.И. Канюк, С.Ф. Артюх, М.А. Попов // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Збірник наукових праць. Тематичний випуск : “Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування”.- Харків: НТУ “ХПІ”.- 2011.-№54. – с.100-108.
3) Канюк Г.И., Артюх С.Ф., Мезеря А.Ю., Лаптинова Е.В., Мельников В.Е Научные принципы энергосбережения в тепловой и атомной энергетике /монография// Харьков, Издательство «Точка».- 2013.- 140с.
4) Канюк Г.И., Дуэль М.А., Мезеря А.Ю. Развитие систем энергосберегающего автоматизированного управления энергопроизводством ТЭС и АЭС Украины / монография// Харьков, Издательство «Точка».- 2013.- 388с.
5) Канюк Г. І. Удосконалення методів забезпечення точності систем автоматичного регулювання подачі повітря у домни / Г. І. Канюк, М. А Попов, О. М Близниченко, О. В Андрєєв/Східно – Європейський журнал передових технологій, 2013. – 4/2(64). – С. 33 – 41.
6) Канюк Г. И. Модель энергосберегающего управления нагнетательными установками тепловых электростанций / Г.И. Канюк, Мезеря А.Ю., Лаптинов И. П./ Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. Збірник наукових праць. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків: НТУ „ХПІ”. – 2014. – № 12(1055). – С. 90 –98.
Напрямок науково-дослідних робіт “Удосконалення термогазодинамічних процесів у проточних частинах парових турбін”
Отримані фундаментальні наукові результати за застосування багатофакторного математичного моделювання складних термогазодинамічних процесів у вогкопарових турбінах. Перш за все, це розв’язання задач термогазодинаміки конденсуючої і вологої пари у проточних частинах турбін. Розвинена А. Л. Шубенко класична теорія конденсації Я. Б. Зельдовича для випадку істотно нестаціонарних процесів за довільних умов теплообміну між фазами, дозволила розробити ефективні методи розрахунку просторових двофазних течій у турбінних ступенях великої віялості. Важливі для теорії, проектування та практичного використання турбомашин результати отримані А. Л. Шубенко у галузі створення методів прогнозування ерозійного зносу лопаток апаратів низькопотенціальних відсіків потужних парових турбін. Усі ці результати надали можливість істотно продовжити ресурс лопаткових апаратів, збільшити достовірність та інформативність методів діагностики тепломеханічного стану турбін, підвищити можливості оптимального проектування проточних частин, ефективність енергозбереження на енерговузлах, на виробництві та в ЖКГ. Виконані піонерські роботи з розробки та впровадження енергозберігаючих технологій на основі застосування турбін, що використовують низькокиплячі робочі тіла. Отримано принципові рішення для розрахунку та оптимізації теплових схем, які використовують такі турбіни.
На основі отриманих результатів опубліковані, в тому числі, наступні матеріали:
1) Шубенко А. Л.Возможности повышения эксплуатационных показателей турбоустановок ОАО «Турбоатом» на основе математического моделирования / А. Л. Шубенко , А. Э. Ковальский // Вестн. НТУ «ХПИ». Энерг. и теплотехн. процессы и оборудование. – 2009. – №8.- С. 76-81.
2) Совершенствование термогазодинамических характеристик проточных частей мощных паровых турбин / под общ. ред. чл.-корр. НАН Украины А. Л. Шубенко // Институт проблем машиностроения НАН Украины. – Харьков: ФОП Петров В. В., 2013.-172 с.
3) Шубенко А. Л. Каплеударная эрозия лопаточных аппаратов паровых турбин . Прогнозирование и методы защиты/ А. Л. Шубенко, А. Э. Ковальский // Вестн. НТУ «ХПИ». Энерг. и теплотехн. процессы и оборудование. – 2012. – №7.- С. 76-87.
4) Шубенко А. Л. Дискретный подход к описанию крупнодисперсной влаги при определении механических потерь в последней ступени ЦНД влажнопаровых турбин / А. Л. Шубенко, И. С. Стрельников // Вестн. НТУ «ХПИ». Энерг. и теплотехн. процессы и оборудование. – 2014. – №13.- С. 21-28.
Напрямок науково-дослідних робіт “Підвищення ефективності теплотехнічного обладнання ТЕС та АЕС”
Отримані наступні основні результати:
1) Запропоновано метод оцінки збитку внаслідок відмов у роботі елементів ТЕС, який може застосовуватися для будь-яких систем і підсистем ТЕС та АЕС. Отримані конкретні оцінки збитку на основі досвіду експлуатації Зміївської ТЕС.
2) Розглянуто і проаналізовано зв’язок характеристик низькопотенційного контуру енергоблоку ТЕС із ефективністю роботи цього енергоблоку.
3) Досліджено вплив нерозрахункових додаткових присмоктів повітря через локальну нещільність огородження топки парового котла на температуру димових газів на виході з неї. Використано математична модель Карасіної Е. С. для теплообміну в топці, яка спирається на зональний метод аналізу радіаційного теплообміну. Обсяг топки апроксимували кінцевими елементами (тривимірний випадок), крім того модель нелінійна й неоднорідна щодо параметрів. Модель реалізована у програмі для ПЕВМ Бойко Є.О. (зональний метод розрахунку теплообміну в топках парових котлів) для котла ТП-81.
За отриманими результатами опубліковані, в тому числі, наступні матеріали:
1) Шелепов И. Г.О количественной оценке влияния надежности теплоэнергетических систем ТЭС на показатели эффективности / И. Г. Шелепов, Т. И. Быкова // Энергосбережение. Энергетика.Энергоаудит.-Харьков.-2012.-№ 6.-С. 27-34.
2) Быкова Т. И. Исследование влияния роботы низкопотенциального комплекса на технико-экономические показатели ТЭС и АЭС /Т.И.Быкова, С.Е.Найденов, И.Г. Шелепов // Восточно-Европейский журнал передовихтехнологій. – 2013. – № 2/8. – С. 14-16.
3) ГулейА. Б./ Оценка зависимости температуры дымовых газов на выходе из топки парового котла ТП-81 от нерасчетных присосов воздуха через неплотности в ограждении топки /А. Б. Гулей, Е. П. Ключка//Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2014 год. – №4. С. 39-50.
Науково – дослідна робота студентів кафедри ТЕ та ЕТ
Науково – дослідна робота студентів на кафедрі ТЕ та Е є невід’ємним елементом програми навчання, який, насамперед, реалізується у вивченні планових дисциплін «Основи наукових досліджень» та «Теорія і практика експерименту». Також на кафедрі постійно діють наукові гуртки «Котельні установки та парогенератори» та «Теплові електричні та атомні електричні станції», у роботі яких студенти беруть участь за власним бажанням. Щороку кафедра бере участь у роботі студентської наукової конференції УІПА, а тези доповідей студентів публікуються у щорічному збірнику. Студентські роботи на конференцію відбираються за результатами кафедрального конкурсу. Далі студентські роботи беруть участь у конкурсі УІПА, а переможці отримують можливість взяти участь у Всеукраїнському конкурсі студентських наукових робіт з природничих, технічних та гуманітарних наук. Результати участі в цьому конкурсі за останні роки:
- У ІІ турі Всеукраїнського конкурсу студентських наукових рабіт з природничих, технічних та гуманітарних наук 2012/2013 навчальному році студ.гр. ДЕН Т12 маг. Мірзоян А. В. з роботою «Дослідження напружено – деформованого стану ялинкових хвостових з’єднань робочих лопаток парових турбін» (керівники – проф. Сухінін В. П. та доц. Фурсова Т.М.), посів 3 місце. Конкурс відбувся у Національному технічному университеті «ХПІ», м. Харків.
- У ІІ турі Всеукраїнського конкурсу студентських наукових рабіт з природничих, технічних та гуманітарних наук 2012/2013 навчальному році студ.гр. ДЕН Т13маг. Рогізная А. П. з роботою «Дослідження методів підвищення терміну служби парової турбіни К-200-130» (керівник – доц. Пугачова Т. М.) посіла 3 місце. Конкурс відбувся у Національному технічному университеті «ХПІ», м. Харків.
- У ІІ турі Всеукраїнського конкурсу студентських наукових рабіт з природничих, технічних та гуманітарних наук 2012/2013 навчальному році студ.гр. ДЕН Т13маг. Ключка Є. П. з роботою «Оцінка залежності температури димових газів на виході з топки парового котла від додаткового непередбачуваного присмоктання повітря» (керівник – доц. Гулей О. Б.) посів 2 місце. Конкурс відбувся і Приазовському державному технічному університеті, м. Маріуполь.
Також за останні роки викладачі кафедри опублікували 5 монографій і близько 20 статей у спеціалізованих науково – технічних виданнях, де співавторами є студенти, які брали участь у науково-дослідній роботі кафедри.
Науково-дослідні роботи, виконані в 2013-2014 р. р.
НАУКОВО – ТЕХНІЧНИЙ НАПРЯМОК
Держбюджетна НДР №0112U005976200(100-100)
Розробка теоретичних основ і практичних принципів створення автоматизованих енергозберігаючих систем управління енергетичними об’єктами електричних станцій. Терміни 01.01.2013р.-31.12.2014р., обсяг фінансування 200 тис. грн.
Господарські договори:
1.Договір зі Зміївської ТЕС № 15/570 від 12.12.2012р . ”Аналіз резервів енергозбереження на Зміївській ТЕС та розробка рекомендацій щодо їх практичного використання ”
(2012-2013р.). Обсяг фінансування-59 тис. грн..
2.Договір зі Зміївської ТЕС № 15/87 від
05.03.2014 р.” Розробка практичних принципів інтеграції систем енергозбереження управління в АСУ ТП енергоблоками Зміївської ТЕС ” (2013-2014 р. ). Обсяг фінансування-50 тис. грн..
Основні наукові результати
1. Розроблено загальні наукові принципи, методи створення і математичні моделі енергозберігаючих систем управління енергетичними установками електростанцій.
2. Виконано структурно – параметричний синтез енергозберігаючих систем управління паровими котлами, турбогенераторами, насосними установками і системами низько потенційного комплексу електростанцій.
3.Виконано цикли експериментальних досліджень насосних та вентиляторних установок, парових котлів та систем низько потенційного комплексу енергоблоків Зміївської ТЕС. За результатами цих досліджень виконано ідентифікацію розроблених математичних моделей, визначено оптимальні параметри законів енергозберігаючого керування, а також показники техніко-економічної ефективності розроблених рішень.
Опубліковано 5 наукових монографій, 7 наукових статей у фахових виданнях(з них 3 – наукометричних базах). Отримано 6 патентів
НАУКОВО – ПЕДАГОГІЧНИЙ НАПРЯМОК
Держбюджетна НДР №0112U005979400(200-200)
Створення системи професійної підготовки та підвищення кваліфікації викладачів у галузі енерго- та ресурсозбереження на виробництві, у комунальному господарстві, у сфері послуг та побуту. Терміни 01.01.2013р.- 31.12.2014 р., обсяг фінансування 400 тис. грн..
Господарські договори:
підвищення кваліфікації керівного складу і провідних фахівців Зміївської, Запорізької, Добротвірської ТЕС у напрямках перспектив розвитку енергетики; модернізації енергетичного обладнання; енерго- і ресурсозбереження на основі інноваційних науково – технічних і науково – педагогічних розробок.
Загальний обсяг -206 тис. грн..
Основні наукові результати
1. Розроблено загальну науково – педагогічну концепцію підготовки та підвищення кваліфікації інженерно – педагогічних кадрів у галузі енерго- та ресурсозбереження.
2. Розроблено навчальні програми і методичне забезпечення для підготовки і підвищення кваліфікації кадрів у галузі енерго- та ресурсозбереження.
3.Створено універсальний зразок лабораторної бази для викладання курсу «Енерго- та ресурсозбереження»,яка зокрема, включає:
- – тепловізорний прилад для визначення втрат енергії через фасади будівель;
- – лабораторну установку “енергозберігаючий будинок “ з моделями автономних і альтернативних систем енергозабезпечення;
- – лабораторну установку для визначення і знешкодження схем крадіжки електроенергії;
- – лабораторну установку для дослідження ефективності роботи теплових насосів;
- – лабораторну установку для випробувань і визначення енергоефективних режимів експлуатації насосних установок;
- – лабораторну установку для дослідження і мінімізації втрат енергії у системах трубопровідного транспорту;
– лабораторну установку для дослідження роботи гідравлічного тарану.
Лабораторні установки оснащено сучасними комп’ютерними програмами для обробки і аналізу результатів досліджень і оформлення протоколів випробувань.
4. Згідно із статтею 7 Закону України про енергозбереження, в УІПА введено курс «Основи енерго- і ресурсозбереження» у навчальні плани всіх інженерно-педагогічних спеціальностей.
Опубліковано 10 наукових статей у фахових виданнях (з них 5- у наукометричних базах). Підготовано до друку наукову монографію і навчальний посібник.