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.

На основі теорії регуляризації А. М. Тихонова розроблено методику розв'язання обернених задач теплопровідності з ідентифікації гладкої зовнішньої межі двовимірної області за відомих на ній граничних умов. Для цього гладка межа апроксимується кубічними сплайнами Шьонберга, внаслідок чого її ідентифікація зводиться до визначення невідомих коефіцієнтів в цій апроксимації. За відомих граничних і початкових умов температура в тілі буде залежати тільки від цих коефіцієнтів. Виразивши її за формулою Тейлора для двох членів ряду і підставивши в функціонал Тихонова, задачу визначення збільшень коефіцієнтів можна звести до розв'язання системи лінійних рівнянь щодо цих збільшень. Вибравши певний параметр регуляризації і деяку функцію, яка описує форму зовнішньої межі, як початкове наближення, можна реалізувати ітераційний процес. У цьому прогіесі вектор невідомих коефіцієнтів для поточної ітерації буде дорівнювати сумі вектора коефіцієнтів з попередньої ітерації і вектора приростів цих коефіцієнтів, отриманих в результаті розв'язання системи лінійних рівнянь. Одержавши вектор коефіцієнтів в результаті збіжного ітераційного процесу, можна визначити середньоквадратичний відхил між одержуваною температурою і температурою, що вимірюється в результаті проведеного експерименту. Залишається підібрати параметр регуляризації таким чином, щоб цей відхил був у межах середньоквадратичної похибки помилки вимірювань. У самій методиці та шляхах її реалізації полягає новизна викладеного у роботі матеріалу в порівнянні з підходами інших авторів до розв'язання обернених геометричних задач теплопровідності. Під час перевірки ефективності використання запропонованої методики розв'язано низку двовимірних тестових задач для тіл з відомим розташуванням зовнішньої межі. Проведено аналіз впливу випадкових похибок вимірювань на похибку ідентифікації форми зовнішньої межі.

Індекс рубрикатора НБУВ: З363

Рубрики:

Турбомашини (лопаточні теплові машини). Турбобудування

Шифр НБУВ: Ж16851 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Описано методику аналізу явища втрати статичної стійкості попередньо навантаженої нанокомпозитної складеної оболонки. Більшість робіт, які присвячено аналізу складених конструкцій, розглядають вібраційні процеси. Водночас явище втрати стійкості може стати важливішим фактором, що обмежує використання нових матеріалів у ракетно-космічній техніці. Розглянуто нанокомпозитну оболонку постійної товщини, яка складається з двох сферичних кришок та циліндричного корпуса. На оболонку діє внутрішній тиск та осьова стискаюча сила. Така оболонка може моделювати паливний бак ракети-носія. Досліджено умови, за яких оболонка деформується невісесиметрично внаслідок втрати статичної стійкості. Запропоновано методику, яка надає змогу розподілити задачу на аналіз попередньо навантаженого стану оболонки й аналіз втрати стійкості. Подальший аналіз здійснюється за допомогою методики, яка базується на теорії зсуву високого порядку та методі Рітца. Проводиться дискретизація задачі шляхом подання змінних, що визначають стан оболонки, у формі розкладень за базисними функціями з невідомими коефіцієнтами. Таким чином, невідомими задачі стають коефіцієнти розкладень. Задача аналізу попередньо навантаженого стану конструкції зводиться до розв'язання системи лінійних алгебричних рівнянь відносно коефіцієнтів розкладень. Задачу аналізу втрати стійкості може бути зведено до задачі власних значень. Розв'язавши цю задачу, можна знайти мінімальне значення стискаючого навантаження, що призводить до втрати стійкості оболонки, а також форми втрати стійкості. Результати застосування розробленої методики було порівняно з результатами скінченноелементного моделювання на конструкції з найпростішого нанокомпозитного матеріалу. Результати порівняння свідчать про високу точність описаної методики. При цьому використання методу скінченних елементів для аналізу масштабних тонкостінних конструкцій з функціонально градієнтних матеріалів є надзвичайно ускладненим, на відміну від методики, яку запропоновано у роботі. Порівняння різних видів наноармування свідчить про те, що раціональний вибір типу армування може суттєво підвищити критичне навантаження. При цьому на критичне навантаження також значно впливає внутрішній тиск на оболонку.

Важливе місце серед задач термопружності займає плоска проблема теорії пружності, яку одержано із загальної тривимірної задачі, після використання гіпотез плоского напруженого стану для тонких пластин. У двовимірній постановці ця задача набула широкого поширення під час дослідження впливу температурних навантажень на напружений стан тонких термочутливих пластин. У роботі запропоновано загальний тривимірний розв'язок статичної задачі термопружності у формі, зручній для практичного застосування. Для його побудови до раніше знайденого автором загального розв'язку рівнянь Ляме через три гармонічні функції добавлено частковий розв'язок неоднорідного рівняння - термопружний потенціал переміщень. Показано що використання запропонованого розв'язку надає змогу задовольнити співвідношення статичної тривимірної теорії термопружності і крайові умови та побудувати замкнуту систему рівнянь у частинних похідних на введені двовимірні функції без використання гіпотез про плоский напружений стан пластини. Термопружний напружений стан тонкої або товстої пластини розподілено на дві частини: перша враховує тепловий вплив, викликаний зовнішнім нагріванням і внутрішніми джерелами тепла; друга визначається симетричними силовими навантаженнями. Термопружні напруження виражено через деформації і відому температуру. Використано подання тривимірного термопружного напружено-деформованого стану і точно задоволено нульові крайові умови на зовнішніх плоских поверхнях пластини. Це надало змогу показати, що введені двовимірні функції будуть гармонічними. Після інтегрування по товщині пластини вздовж нормалі до серединної поверхні виражено нормальні і зсувні зусилля через три невідомі двовимірні функції. Тривимірний напружений стан симетрично навантаженої термочупіливої пластини спрощено до двовимірного стану. При цьому зведенні використано тільки гіпотезу, що перпендикулярні серединній поверхні нормальні напруження є незначними у порівнянні із повздовжніми та поперечними напруженнями. Переміщення і напруження у пластині виражено через дві двовимірні гармонічні функції і частковий розв'язок, який визначається заданою температурою на поверхнях пластини. Введені гармонічні функції визначаються із крайових умов на бічній поверхні товстої пластини. Запропонована методика надає можливість розв'язок тривимірних крайових задач для товстих термочутливих пластин зводити до двовимірного випадку.

Лопатки останніх ступенів парових турбін типу К-1000-60/3000 працюють в умовах вологого парового середовища, що призводить до ерозійних пошкоджень і зниження їх залишкового ресурсу. Актуальність даної роботи зумовлена з необхідністю продовжити безпечну експлуатацію робочих лопаток таких турбін. Розглянуто декілька варіантів скінченно-елементних моделей окремих лопаток та лопаток в системі диск-лопатки останнього ступеня турбіни зазначеного типу. Наведено результати числового дослідження впливу видалення частин лопаток в зонах ерозійних пошкоджень після відновлювального ремонту на вібраційні характеристики окремих лопаток та лопаток в системі диск - лопатки. Проведено аналіз напружено-деформованого стану за умовного навантаження від паропотоку при вимушених коливаннях окремих лопаток та лопаток в системі диск - лопатки. Навантаження задаються рівномірно розподіленими та лінійно змінними по поверхнях лопаток. Визначається залежність максимальних еквівалентних вібраційних напружень від частоти збудження. Приймається, що фізико-механічні властивості матеріалу лопаток зберігаються (як для вихідного варіанта) після ремонту лопаток і обробки їх поверхонь. Спостерігається значно більше зниження вібронапруженості лопаток в системі диск - лопатки, ніж на окремих лопатках. Наведено графіки залежності максимальних напружень від частоти збудження для непошкоджених окремих лопаток і лопаток в системі диск - лопатки після їх відновлювального ремонту. Розглянуто різні варіанти видалення частин лопаток в зонах їх вхідних та вихідних кромок. Показано, що зі зменшенням хорд лопаток після ремонту у їх нижніх частинах можуть з'являтися частотні області підвищеної вібрації. В окремих лопатках та лопатках в системі диск - лопатки в нижніх частинах значення максимальних напружень збільшуються у порівнянні зі значеннями в лопатках без пошкоджень. Зі зміною напруженості робочих лопаток в порівнянні з вихідним варіантом лопаток без пошкоджень оцінюється можливість продовження їх ресурсу безпечної експлуатації за багатоцикпової утоми. Цей ресурс розглянутих лопаток з хордою не менше 150 мм після відновлювального ремонту може бути продовжений за даними напружень, якщо не порушується циклічна симетрія системи диск - лопатки та зберігаються фізико-механічні властивості матеріалу після обробки зон видалення пошкоджень на вихідних кромках лопаток.

Роботу присвячено електрохімічному та хімічному аспектам ерозійно-корозійного руйнування поверхневого шару робочої лопатки вологопарової турбіни під дією електризованого робочого тіла. Розглянуто гіпотезу щодо комплексного механо-хіміко-електрохімічного механізму вимивання хрому та заліза з поверхневого шару металу робочої лопатки під час руйнування оксидної плівки під дією високошвидкісного потоку вологої пари. Теоретично показано можливість наводнювання поверхонь робочих лопаток під дією негативно заряджених крапель. Пошкодження лопаток в цьому випадку подібне пошкодженню від анодного травлення. Також показано, що процес наводнювання поверхні лопатки має місце в будь-якому випадку і для електрично заряджених крапель, і для нейтральних. Однак в разі нейтральних крапель інтенсивність процесу незначна. Проведено експериментальне дослідження поверхні робочої лопатки з ерозійним пошкодженням з останнього ступеня турбіни ВК-50 ЛМЗ, яка відпрацювала свій ресурс. Визначено кількісний вміст хрому у вирізаному з лопатки зразку стачі. Виявлено зменшення вмісту хрому в пошкодженому ерозією поверхневому шарі лопатки. Для перевірки гіпотези про схожість процесу анодного електротравлення з процесом руйнування поверхні під дією негативно заряджених крапель проведено електрохімічний експеримент на модельному зразку хромової стачі 20X13. Показано, що рельєфи пошкоджених ділянок на модельному негативно заряджених крапель подібні. Проведені експериментальні дослідження підтвердили наявність комплексного механо-хіміко-електрохімічного процесу руйнування лопатки. На основі одержаних даних сформульовано рекомендації щодо продовження ресурсу лопаток турбомашин.

Розглянуто застосування методу випадкового пошуку для оптимального проектування одношарових підкріплених циліндричних оболонок, що працюють в нейтральному середовищі. Під час постановки задачі математичного програмування як цільова функція розглядається мінімальна вага оболонки. Критичні напруження визначаються за лінійною теорією у пружній зоні роботи матеріалу. Як обмеження, що накладаються на зону допустимих розв'язків, приймаються обмеження: з міцності, загальної і окремої втрати стійкості оболонки. Мета роботи - дослідження вагової ефективності різних типів підкріплення оболонки і їх впливу на параметри стиснутої в осьовому напрямку оптимальної у ваговому відношенні оболонки. Проведено числовий експеримент. Досліджувалися залежності ваги оболонки, товщини її стінки, параметрів підкріплення від величини стискаючого навантаження для оболонки з різними типами підкріплення. Внаслідок проведеного числового експерименту встановлено, що зі збільшенням величини стискаючого навантаження наявна тенденція до збільшення товщини стінки оптимальної оболонки, зростає товщина поздовжніх ребер жорсткості (стрингерів), кількість ребер незначно зменшується. Зазначено, що визначальними під час вибору оптимальних параметрів оболонки виявилися загальний випадок втрати стійкості і перший окремий.

Поява нових технологій виробництва конструктивних елементів надає поштовх до розвитку нових технологій їх конструювання, зокрема, із залученням методу топологічної оптимізації. Найбільш розповсюджений алгоритм проектування топологічно оптимальних конструкцій орієнтований на зменшення їх пружної податливості при заданому об'ємі матеріалу. Разом з тим більш близькою до інженерного підходу у проектуванні є мінімізація об'єму конструктивного елемента за одночасного обмеження виникаючих механічних напружень. На відміну від класичних алгоритмів такого підходу, що обмежують значення напружень у певних точках, в даній роботі розвинуто альтернативний критерій - формування образу конструктивного елемента здійснюється на основі мінімізації інтегрального параметра нерівномірності розподілу напруженого стану. В основу розробленого алгоритму покладено метод пропорційної топологічної оптимізації, а при обчисленні механічних напружень застосовано класичні співвідношення методу скінченних елементів. Зазначений параметр може бути інтерпретований як відношення відхилення впорядкованих у порядку зростання значень, еквівалентних за Мізесом напружень у скінченних елементах розрахункової моделі від лінійної їх апроксимації до відповідного середнього значення. При цьому пошук оптимального результату здійснюється для всього діапазону можливих значень осередненої "густини" розрахункової області, що пов'язано зі зменшенням кількості вхідних даних. Запропонований інтегральний критерій міцності забезпечує кращу рівноміцність оптимізованої топології, надає змогу згладжувати вплив локальних пікових значень механічних напружень і визначає єдиний результат оптимізації, який є стійким до похибок при обчисленнях. Алгоритм реалізовано у програмному середовищі MatLab для двовимірних моделей. Ефективність підходу апробовано на оптимізації класичної балки (mbb-балки), консольної балки і L-балки. Наведено порівняльний аналіз одержаних результатів з наявними у літературі. Показано, що за відсутності обмеження на осереднене значення густини скінченно-елементної моделі запропонований критерій надає "більш легкий" результат оптимізації у порівнянні з класичним (приблизно на 40 %), водночас значення "індексу контрастності" є досить близькими.

Вимірювання витрати повітря на виходах повітророзподільних пристроїв в системах вентиляції пов'язано з великими труднощами через різноманіття цих пристроїв. На виходах анемостатів, вихрових дифузорів, решіток може спостерігатися закрутка повітряного потоку, його різке стиснення або розширення, зміна напрямку і т.д., що призводить до великих похибок при вимірюваннях. Тому існувала необхідність в розробці універсального вимірювального пристрою, який надав би змогу проводити вимірювання витрати повітря з високою точністю. Він має складатися з повітрозбірника (для збірки і перетворення потоків повітря в прямолінійний) і датчика для вимірювання витрати повітря (інтегрального термоанемометра). Проведено дослідження декількох конструкцій повітрозбірників. Як раціональний обрано повітрозбірник параболічної форми. Він має невеликий аеродинамічний опір і добре перерозподіляє повітряний потік. Для зниження впливу турбулізації і закрутки повітря до повітрозбірника приєднується циліндричний заспокійливий канал, в який вбудовано випрямляючу решітку у формі восьмикінцевої зірки. Експериментальні дослідження на різних повітророзподільних пристроях надали змогу одержати уточнену градуювальну залежність для інтегрального термоанемометра, за якою розраховується витрата повітря. Вплив аеродинамічного опору витратоміра на витрату повітря враховується поправкою, яку необхідно вносити у виміряні значення.

Досліджено стільникові заповнювачі, надруковані за допомогою адитивних технологій FDM. Комірка стільникового заповнювача є правильніш шестикутником. Стільники друкуються на 3D принтері так, що нитка друку йде уздовж стінки комірки стільника. Підкреслено, що товщина стінок стільників складає одну-дві товщини нитки. Під час розрахунку механічних характеристик стінки стільникового заповнювача розглядаються як балка Ейлера - Бернуллі, що згинається в одній площині. Для опису стільникових заповнювачів використовується процедура гомогенізації, яка зводить стільниковий заповнювач до однорідного ортотропного середовища. Адекватний аналітичний розрахунок механічних характеристик такого середовища є предметом цих досліджень. Наведено аналітичні формули, за якими здійснюються розрахунки механічних характеристик стільникових заповнювачів. Для оцінки адекватності результатів аналітичні дані порівнюються з результатами моделювання в комерційному пакеті ANSYS. Для цього числово визначаються механічні характеристики стільникових заповнювачів з ULTEM 9085. Для оцінки механічних характеристик з великої кількості аналітичних формул вибираються ті, які адекватно описують механічні характеристики стільникових заповнювачів. В результаті розрахунків одержано аналітичний опис всіх механічних характеристик за винятком модуля зсуву в площині стільникового заповнювача. Це пояснюється тим, що для моделювання такого модуля зсуву доводиться використовувати тривимірну теорію, яка не має адекватного аналітичного опису. Розглянуто тонкий стільниковий заповнювач, виготовлений з алюмінію. Надалі будуть досліджуватися тришарові конструкції з таким стільниковим заповнювачем. Результати аналітичного аналізу стільникових заповнювачів з ULTEM і алюмінію є близькими.

Запропоновано алгоритм підтвердження сейсмостійкості обладнання за розрахунковим методом і визначено межі його застосування. Розроблено математичну модель обладнання і наведено приклад визначення власних частот і напружень в конструкції у тривимірній постановці. Використано два основних типи розрахунку - статичний і динамічний. У статичному розрахунку визначався напружено-деформований стан конструкції. Проведено порівняння значень одержаних напружень з допустимими для застосовуваних матеріалів, на підставі чого було зроблено висновки щодо міцності конструкції при сейсмічному впливі. Результатом динамічного розрахунку стало визначення жорсткості конструкції. Порівняння одержаних значень напружень з допустимими для даного обладнання надало змогу зробити висновок щодо його стійкості до сейсмічного впливу. Оцінку сейсмостійкості виконано на прикладі конденсатора парової турбіни К-1000-60/1500. Розрахунок на сейсмостійкість вказаного обладнання виконано при інтенсивності сейсмічного впливу 6 балів за шкалою MSK-64. В ході розв'язання поставленої задачі одержано результати розподілу напружень в корпусі та інших елементах конструкції конденсатора від дії навантажень під час нормальної експлуатації та проектного земчетрусу. Розрахунок обладнання на сейсмостійкість виконано за допомогою методу скінченних елементів. Це надало змогу подати суцільне тіло у вигляді сукупності окремих скінченних елементів, що взаємодіють між собою в скінченному числі вузлових точок. До цих точок прикладаються деякі зусилля взаємодії, що характеризують вплив розподілених внутрішніх напружень, прикладених уздовж реальних границь суміжних елементів. Для проведення такого розрахунку в пакеті CAD моделювання створено тривимірну модель. Одержану геометричну модель імпортовано в програмний комплекс, що надало змогу суттєво скоротити трудомісткість. Застосування розрахункового методу надає змогу значно знизити обсяг випробувань при підтвердженні сейсмостійкості обладнання. Одержано результати просторового складного напруженого стану конструкції конденсатора парової турбіни від дії під час нормальної експлуатації та проектного землетрусу.