107. Бунке А. С., Мовчан А. П. Использование искусственного интеллекта для оптимизации работы систем управления технологическими процессами Вольчин К. В., Мысак В. Ф
| Вид материала | Документы |
- Системы искусственного интеллекта, 58.18kb.
- Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных, 973.54kb.
- Основы построения автоматизированных систем иерархически-взаимосвязанного управления, 455.78kb.
- Основы построения автоматизированных систем иерархически-взаимосвязанного управления, 455.86kb.
- Задачи искусственного интеллекта 6 Тест по теме «История развития искусственного интеллекта», 1504.97kb.
- Учебный план №606. 1 «Эксплуатация автоматических систем диспетчерского контроля, 26.49kb.
- В. К. Финн к структурной когнитологии: феноменология сознания с точки зрения искусственного, 366.95kb.
- Системы искусственного интеллекта и нейронные сети, 208.41kb.
- Вавилова в процессе проведения экзамена и приема зачетов по 2-м модулям дисциплины, 130.51kb.
- Системы искусственного интеллекта, 15.16kb.
Д/б тема №2930 “Гідравлічні і тепломасообмінні дослідження двофазних контурів систем терморегулювання наземного та аерокосмічного обладнання”. Науковий керівник – к.т.н., докторант Батуркін В.М.
Метою НДР є дослідження гідродинамічних та тепломасообмінних процесів капілярних насосів з нових матеріалів для визначення максимальної теплопередавальної спроможності та термічного опору двофазних контурів.
Розроблені методики та обладнання для кількісного характеризування металоволокнистих капілярних структур, виготовлених із дискретного та неперервного металевого волокна у діапазоні пористості 30-90%, які включають визначення розмірів та розподілу пор, рідинної проникності для двох типових напрямків руху рідини. Розроблені основи технології виготовлення зразків капілярних структур з волокна діаметром 2-8 мкм та 30-50 мкм для двофазних теплотранспортних контурів з плоским та циліндричним випарниками. Розроблені схеми компонування елементів капілярних насосів плоского типу та конфігурації вузлів герметизації корпусу та капілярної структури у корпусі та зібрані експериментальні моделі контурів. Проведено дослідження гідравлічного опору капілярної структури в залежності від витрати теплоносія. За допомогою розроблених експериментального стенду і системи автоматизації обробки результатів отримані залежності теплотранспортної спроможності капілярного насосу від геометричних характеристик капілярної структури та визначений термічний опір випарників. Підготовлені рекомендації у вигляді технологічної інструкції для виготовлення теплотранспортних пристроїв на основі двофазних контурів для умов дрібносерійного виробництва.
В рамках виконання теми № 2930ф були розроблені основні підходи до технології виготовлення малогабаритних систем охолодження. Ця технологія була апробована у новому типі системи охолодження на основі теплової труби для транзистора FLL 2001B у приладовому блоці АИ315, який розроблено та випускається підприємством ВАТ “АТ НДІРВ”. Запропонований та опрацьований підхід щодо використання систем охолодження з тепловими трубами дав можливість підняти потужність транзистора з 25 Вт до 51 Вт із збереженням його температурного режиму.
Д/б тема №2931 “„Дослідження теплогідравлічних процесів в нанодисперсних капілярно-пористих матеріалах для тепло транспортних енергозберігаючих систем”. Науковий керівник – к.т.н., с.н.с. Рассамакін Б.М.
Основні характеристики, суть розробки.
На даний час в енергозберігаючих системах (сонячних колекторах, теплообмінниках утилізаторах, системах кондиціонування та утилізації тепла вентвикидів), а також системах терморегулювання космічних апаратів впроваджуються ефективні теплотранспортні системи на основі теплових труб. Одним з перспективних типів таких систем, являються теплотранспортні системи з капілярними насосами (КН). Але їх потенційні можливості цілком ще не реалізовані завдяки конструктивно-технологічними обмеженням існуючих КН. У більшості випадків напрямком вирішення цієї проблеми є удосконалення їх конструкцій та використанні нових матеріалів.
Проведені теоретичний пошук та моделювання капілярних насосів з керамічних та полімерних нанодисперсних пористих структур. Виконаний аналіз стану проблеми та узагальнені дані щодо конструювання капілярних насосів з капілярно-пористих матеріалів та створена оригінальна концепція вибору та конструювання. Вперше створені перспективні нанодисперсні капілярно-пористі матеріали та проведені комплексні дослідження їх структурних, капілярно-транспортних та теплофізичних властивостей, а також дасліджені інтенсивності процесів тепло- і масообміну в зонах випаровування та конденсації теплотранспортних систем з нанодисперсними капілярними насосами. Виготовлені нові макетні зразки нанодисперсних капілярних насосів.
Результати теоретико-експериментальних досліджень впроваджені в навчальний процес у спецкурсах: „Тепломассобмін”.
Розроблені пропозиції та схемні рішення щодо використання теплотранспортних систем в теплових утилізаторах об’єктів малої енергетики та в автономних системах забезпечення теплових режимів літаючих апаратів.
Суть розробки полягає у використанні в якості капілярних насосів нанодисперсних капілярно-пористих матеріалів на основі оксиду алюмінію та фторопласту. Результати дослідження підтвердили, що ці матеріали поєднують кращі властивості традиційних пористих структур з порошків титану та нікелю, а саме мають:
1) ізотропну структуру пор і відносно вузький інтервал розподілу пор по розмірах діаметрів;
2) достатню міцність на стиснення (від 15 до 22 МПа);
3) низьку теплопровідність (до 3 Вт/м·К);
4) хімічну пасивність у парі з робочими рідинами (аміаком, ацетоном, пропиленом, спиртами, дистильованою водою);
5) добру змочуваність теплоносіями;
6) можливість спікання в безвакуумному середовищі.
Крім того, їх висока технологічність і низька вартість роблять перспективними для використання в теплотранспортних системах при серійному виробництві.
В ході проекту:
1. Виконано комплексне теоретичне та практичне дослідження теплогідравлічних процесів в нанодисперсних капілярно-пористих структурах для створення на їх основі нових типів нанодисперсних капілярних насосів. В тому числі, створена нова концепція вибору та конструювання капілярних насосів з перспективних керамічних (оксиду алюмінію) та полімерних матеріалів (фторопласту 4), пористістю від 45% до 70% та вперше розроблені пропозиції по виготовленню капілярних насосів з перспективних нанодисперсних структур.
2. Проведені нові всебічні дослідження структурних, капілярно-транспортних і теплофізичних властивостей капілярних насосів, а також вперше отримані дані по інтенсивності тепло- і масообміну в таких структурах (температура пари від 0 оС до плюс 150 оС та густина теплових потоків від 0,1 до 20 Вт/м2К).
3. Виготовлені нові зразки нанодисперсних капілярних насосів і теплотранспортних систем та розроблені оригінальні схемні рішення використання цих систем з метою активного енергозбереження.
Очікувані результати впровадження проекту відповідають світовому рівню. Вони відносяться, одразу, до трьох приоритетних напрямків розвитку сучасної техніки: створення нанотехнологій, енергозбереження, ефективне використання відновлюваних джерел енергії.
При виробництві сонячних водонагрівальних установок на основі розроблених теплотранспортних систем їх собівартість, приблизно, на 30% менше собівартості установок традиційного типу. Це обумовлено автономністю такої системи і відповідно відмовою від системи прокачки теплоносія, яка включає насос, запірну арматуру та автоматизовану систему управління. Крім того, підвищується надійність, тривалість та економічність роботи.
По незавершеній тематиці:
Д/б тема №2017 “Дослідження теплотехнічної та енергоекономічної ефективності систем утилізації теплоти з проміжним двофазним теплоносієм”.
Науковий керівник – проф., д.т.н. Епік Е.Я.
Основні наукові результати:
Запропоновані дві основні теплотехнічні характеристики теплоутилізаторів (ТУ), що потребують оптимізації при їх проектуванні: 1) площа теплообмінної поверхні, яка потребує мінімізації; 2) необхідна потужність на прокачування через теплоутилізатор теплоносіїв, яка потребує мінімізації. Ці характеристики визначають мінімальну собівартість ТУ, а саме: мінімальну собівартість ТУ і мінімальний вартісний еквівалент енерговитрат на прокачування. Дані теплотехнічні характеристики перетворені на еквівалентні безрозмірні: середній сумарний термічний опір теплопередачі, віднесений до однієї теплової труби (ТТ) пакету, і коефіцієнт енергетичної ефективності ТУ. Виділено актуальний фактор впливу на визначені цільові функції оптимізації, а саме: співвідношення довжин зон випаровування і конденсації ТТ або висот каналів для проходження теплоносіїв. Проведено дослідження на екстремум цільових функцій оптимізації. Отримано залежності для визначення оптимальних співвідношень довжин зон, при яких система утилізації теплоти має найкращі техніко-економічні показники.
Проведений порівняльний аналіз теплопередаючої здатності тепло-утилізаторів з проміжним двофазним теплоносієм (на теплових трубах) і рекуперативних трубчатих теплообмінників. Порівняння проведені відповідно до коректно розглянутих схем, умов і припущень. Отримані та проаналізовані аналітичні співвідношення теплопередаючих характеристик вказаних типів теплообмінних систем. Аналіз показав перевагу за теплопередаючою здатністю (в 1,5÷3 рази) теплоутилізаційних систем з проміжним двофазним теплоносієм над рекуперативними трубчатими теплообмінниками. Ступінь цієї переваги залежить від багатьох конструктивних характеристик і параметрів пакетів труб, схем течій середовищ, співвідношень характеристик інтенсивності теплообміну, термодинамічних характеристик процесів теплопередачі, теплофізичних властивостей середовищ і проміжного теплоносія.
В загальному вигляді визначено основні схеми конструктивного забезпечення процесів в теплоутилізаторах з проміжним двофазним теплоносієм типу“газ-газ”, а також чисельні характеристики показників їх конструктивної та енергетичної компактності і показників конструктивної та енергетичної матеріалоємності.
Визначено, проаналізовано та обґрунтовано теплотехнічні, технологічні та експлуатаційні переваги теплоутилізаторів з проміжним двофазним теплоносієм.
Оформлено заявочну документацію на виявлені патентноспроможні технічні рішення, зокрема “Установка для визначення контактного термічного опору”, “Теплообмінник-утилізатор”, “Пристрій для визначення тиску насиченої пари”, “Теплообмінник-утилізатор” та інші.
Досліджено характеристики теплотехнічної ефективності теплоутилізаторів типу “газ-рідина” з проміжним двофазним теплоносієм. Визначено основні рішення і показники: схеми конструктивного забезпечення процесів в цих теплоутилізаторах та показники їх конструктивної та енергетичної компактності і показники конструктивної та енергетичної матеріалоємності.
Розроблено технічні пропозиції та оформлено заявочну документацію на патентноспроможні технічні рішення, в тому числі: “Утилізатор”, “Спосіб визначення контактного термічного опору”, “Теплообмінний блок теплоутилізатора”, “Спосіб виготовлення теплообмінний елемента” та інші.
Результати роботи використовуються в учбових курсах на теплоенергетичному факультеті НТУУ “КПІ”: “Енергозбереження та утилізація теплоти”, “Методи експериментального дослідження процесів генерації пари“, “Теплові та атомні електростанції та установки”, в учбово-дослідній та проектно-конструкторській роботі студентів.
Д/б тема №2146 “ Розробка процесу лазерно-дугового наплавлення та автоматизованої системи визначення його технологічних параметрів.” Науковий керівник – проф., д.т.н. Лук’яненко С.О.
Основні наукові результати:
Запропоновано спосіб лазерно-дугового газопорошкового наплавлення, при якому порошковий матеріал, який наплавляється пропускається через плазмову дугу і нагрітий до температур 0,9 Тпл наноситься на поверхню розплаву основи, в зону дії лазерного випромінювання.
Виконано теоретичний аналіз фізико-хімічних процесів, які відбуваються при лазерно-дуговому наплавленні, визначені основні їх параметри і фактори, причинно-наслідкові зв’язки між ними.
Виконано теоретико-експериментальний енергетичний аналіз лазерного, плазмового і лазерно-дугового наплавлення, визначено шляхи і очікуваний ефект удосконалення процесу лазерного наплавлення за рахунок використання додаткового джерела енергії.
Розроблено числовий метод розв’язування багатовимірних диференційних рівнянь у частинних похідних, який враховує особливості даної задачі, а саме – наявність великих градієнтів температурного поля, які з часом змінюють своє положення у просторі. Метод згущує вузли різницевої сітки в зоні великого градієнту шуканої функції і розріджує їх в зонах плавної її зміни, що дозволяє при забезпеченні необхідної точності мінімізувати розрахунки.
Розроблено складові адаптивного методу: методику оцінки поточної похибки розрахунків, алгоритми апроксимації функцій кількох змінних та побудови змінної нерівномірної різницевої сітки.
Виконано теоретичний аналіз фізико-хімічних процесів, які відбуваються при лазерно-дуговому наплавленні, визначені основні їх параметри і фактори, причинно-наслідкові зв'язки між ними.
Запропоновані різні схеми технологічної реалізації процесу, встановлені основні параметри процесу лазерного наплавлення за рахунок використання додаткового джерела енергії.
Виконано аналіз та виявлено закономірності - перерозподілу потужностей, температур, глибин проплавлення, вартості наплавлення, продуктивності процесу в залежності від: швидкості переміщення; дисперсності, витрат порошкового матеріалу; діаметрів теплових джерел та їх взаємного положення.
Д/б тема №2987 «Розробка та дослідження ГПТУ «Водолій» з гранично можливою утилізацією теплоти відпрацьованих газів та повного її використання на виробництво механічної енергії». Науковий керівник – проф., д.т.н. Дикий М.О.
У звітному році на основі отриманих результатів в дослідно-промисловій експлуатації газопаротурбінної установки „Водолій” на компресорній станції „Ставищанська” магістрального газопроводу „Уренгой-Ужгород” розроблені нові методи підвищення її ефективності за рахунок поглиблення утилізації теплоти відпрацьованих газів, що дозволило зменшити витрати природного газу на власні потреби однієї енергоустановки на 1500 м3/за годину.
Д/б тема № 2141 “Інтенсифікація теплообміну при конденсації хладонів та їх сумішей всередині труб і каналів, включаючи міні- та мікро канали”. Науковий керівник - проф., д.т.н. Ріферт В. Г.
Проведено аналіз властивостей (хімічних і теплофізичних) ряду хладоагентів новітнього покоління і їх співставлення з хладоагентами, забороненими у використанні в промисловості Монреальским протоколом 1987 р і Положенням Конвенции, прийнятої в м. Кіото (Япония) в 1997 г внаслідок їх впливу на озоновий шар і парниковий ефект. Визначені речовини, стосовно яких доцільно проведення досліджень гідравлічного опору і теплообміну при конденсації пари всередині профільованих горизонтальних труб а також в міні- і мікроканалах.
Виконано огляд наукових публікацій, присвячених теоретичним та експериментальних досліджень теплообміну та гідравлічному опору при конденсації хладонів в трубах з внутрішнім оребренням, в тому числі із мікрооребренням, а також при конденсації в мікроканалах різної форми перерізу (круглої, трикутної, квадратної) з еквівалентним діаметром близько 1 мм.
На базі аналізу стану проблеми визначені задачі і методи експериментального дослідження конденсації новітніх хладонів і їх сумішей всередині труб і каналів з інтенсифікуючими елементами та в мікроканалах, серед яких побудова карт режимів течії фаз при конденсації однокомпонентних хладонів в горизонтальних трубах з пасивними інтенсифікаторами при кільцевій, розшарованій і асиметричній течії фаз та дослідження локальних коефіцієнтів тепловіддачі.
В напряму модернізації стенду для експериментального дослідження проведено ревізію усіх з'єднань на трубопроводах і петлі в цілому, замінено циркуляційний насос, поновлено термоізоляцію на паровому котлі. Розроблено і виготовлено експериментальну робочу ділянку для проведення досліджень теплопередачі при конденсації за методом товстої стінки. Виготовлено прозорий елемент візуального нагляду за процесом течії плівки конденсату. Змонтовано системи вимірювання температур і теплових потоків на експериментальній ділянці та електричних параметрів стенду.
Проведено тарування роботи стенду шляхом визначення теплопередачі при конденсації води на внутрішній поверхні гладкої горизонтальної труби. Результати тарувальних експериментів, обраховані в критеріальній формі, задовільно співпадають з існуючими відповідними залежностями, що дає підстави вважати стенд готовим до проведення запланованих досліджень.
Проведено дослідження режимів течії фаз при конденсації однокомпонентних хладонів в горизонтальних трубах з пасивними інтенсифікаторами (мілке оребрення) при кільцевій, розшарованій та асиметричній течії фаз. Визначені карти режимів течії фаз в залежності від теплового навантаження і виду інтенсифікаторів при конденсації хладона R407C в горизонтальній трубі.
Д/б тема №2108 "Інтенсифікація тепло масообміну в утилізаційних апаратах контактного типу". Науковий керівник - проф., д.т.н. Безродний М. К.
Проведено огляд літературних джерел за темою проекту, на основі якого проведено уточнення задач дослідження , та розроблена методика дослідження.
Розроблено та виготовлено стенд та робоча ділянка для дослідження гідродинаміки та тепло масообміну в контактному вертикально-трубному апараті при барботажному режимі. Проведено дослідження режимів течії та питомих втрат тиску в барботажному шарі при адіабатних умовах. При цьому вивчався вплив на процес витрат газу через барботажну зону робочої ділянки, густини зрошення та способу підведення газової фази в активну зону та діаметра трубчатогобарботажного контактного апарата.
Проведена підготовка стенда та налагодження системи вимірювань для проведення дослідження процесів тепло –масообміну в активній зоні
трубчатого контактного апарата.
За темою роботи у звітному році зроблено дві доповіді на конференціях, опубліковано тези 2 доповідей, отримано патент на корисну модель.
По госпдоговірній тематиці:
По завершеній г/д роботі №15/3.109 (01110707000) «Підвищення надійності роботи генераторів засобами експертно – діагностичних підсистем в складі АСУТП енергоблоку» Науковий керівник – ст.наук. співроб., к.т.н. Ковриго Ю.М.
Розроблена експертно-діагностична система електрогенератора (ЕДСГ), яка забезпечує моніторинг стану генератора в режимі реального часу з наданням оперативному персоналу електроцеха ТЕЦ табличної, текстової і графічної інформації щодо теплового та електричного стану генератора, порушень у його роботі з відповідною сигналізацією, а також щодо тенденцій розвитку контрольованих процесів з відповідними повідомленнями.
До складу ЕДСГ входять:
- підсистема температурного контролю елементів і вузлів генератора у складі 120 датчиків температури, крейт-системи LTC-35, робочої станції, локального серверу;
- підсистема контролю електричних параметрів генератора з використанням перетворювачів Р12 (Lumel);
- спеціальне програмне забезпечення експертно-діагностичної системи.
Розробка по своїм показникам відповідає світовим аналогам.
Розробка забезпечує підвищення надійності роботи електрогенераторів енергоблоків, подовження ресурсу їх роботи, покращення умов роботи експлуатаційного персоналу.
Результати розробки можуть бути реалізовані в складі АСУТП діючих ТЕС, ТЕЦ Мінпаливенерго.
Підсистеми контролю за температурним станом і електричними параметрами генератора виконані на рівні проектних рішень.
Підсистема температурного контролю енергогенератора реалізована в складі АСУТП Київської ТЕЦ-6. Перша черга діагностичної системи пройшла промислові випробування і введена в дію на ТЕЦ-6.
По завершеній г/д роботі з НКАУ № 1-41/07 (3.011) на НДР “Технологія”. Розроблення науково-технологічних основ одержання досконалих напівпровідникових та композитних матеріалів у космосі, створення спеціалізованої технологічної апаратури та конструкцій. Розроблення науково-технологічних основ створення сучасних конструкцій теплових труб” („Іоносат” („Іоносат–Технологія–1- Мікрогравітація-2”). Створення космічної системи моніторингу природних та техногенних катастроф. “Розроблення науково-технологічних основ створення сучасних конструкцій теплових труб”). Науковий керівник – к.т.н., докторант Батуркін В.М.
Підставою для виконання НДР є З(Н)КПУ на 2003-2007 роки, затверджена Законом України від 24.10.2002 № 203-IV, цільова програма - „наукові космічні дослідження”, напрям „Космічна біологія, фізика невагомості, технологічні дослідження” та Конвенція між НКАУ, КНЕС (Французьким центром з космічних досліджень) та ІНТАС про співробітництво в рамках спільного конкурсу дослідницьких проектів НКАУ-КНЕС-ІНТАС „Call 2006”.
Метою роботи є розробка та удосконалення існуючих гідравлічних та теплових моделей теплових труб з капілярно-пористою структурою для роботи в умовах гравітації та за відсутності гравітації.
Теоретичне прогнозування робочих характеристик канавкових теплових труб пройшло експериментальну перевірку і адаптацію до реальних умов, що пов’язано із спрощенням дійсних фізичних процесів, відхиленням ідеалізованої конфігурації канавок від фактичної, похибками даних щодо фізичних властивостей. На основі експериментальних результатів були скореговані гідравлічна модель канавок і методики прогнозування продуктивності теплопередачі досліджуваних теплових труб у всьому температурному діапазоні, підтверджені прийнятність існуючих теорій для визначення коефіцієнта теплопередачі для вибраної геометрії канавок і доцільність фізичних підходів, які використовуються для моделювання теплових труб з пористим шаром. Після чого за допомогою скоригованої моделі були проведені розрахунки теплопродуктивності ТТ. Кожний із зразків ТТ, виготовлених учасниками НКАУ-КНЕС-ІНТАС був покритий пористим шаром на внутрішній поверхні ТТ. Була перевірена працездатність теплової труби. Для перевірки впливу пористого шару на теплові характеристики паралельно були проведені експериментальні випробування ТТ з пористим шаром та без нього, які показали, що покриття поверхні ТТ пористим шаром веде до зменшення термічного опору у зоні нагріву ТТ. В результаті виконання НДР було проведено перспективне дослідження в галузі створення новітньої технології, а саме - розроблені науково-технологічні основи створення сучасних конструкцій теплових труб.
По завершеній г/д роботі №15/2.099 «Виготовлення і поставка зразків неметалевих матеріалів БЕКС для їх конструкторсько-доводочних випробувань (КДВ)». Науковий керівник – к.т.н., с.н.с. Рассамакін Б.М.
Основні характеристики, суть розробки.
Терморегулуюче покриття (ТРП) являються одними із засобів пасивного терморегулювання КА. До ТРП пред’являються ряд вимог, основними з яких являються оптичні та терморадіаційні характеристики, їх стабільність в умовах експлуатації КА у космічному просторі, технологічність (у тому числі доступність технології нанесення), фізико–механічні властивості (міцність, адгезія та інш.), мала вага, ремонтоздатність та інш.
В НТУУ «КПИ» розроблені і пройшли комплексні випробування на вплив факторів космічного простору (вплив УФ - випромінювання Сонця, радіації і термоциклювання) наступні ТРП: поліуретанова ПУ-1 біла і епоксиуретанова ЭУ-1(5) чорна.
Були отримані наступні основні характеристики:
1. Робоча температура: від мінус 100 до + 100 0С.
2. Матеріал подложки: алюмінієві сплави, вуглепластик типу Элур 0,8/ЭДТ-69, поліімідна плівка, каптон.
3. Маса покриття на 1 м2: 70 ….120 г для алюмінієвих сплавів, 80…150 г для неметалічних матеріалів.
4. Поверхня: матова, гладка.
5. Адгезія, бали: один.
6. Оптичні та терморадіаційні характеристики:
- коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання As - 0,32…0,37
- коефіцієнт теплового випромінювання - 0,92…0,99.
Розроблені покриття пройшли льотні випробування на наступних зразках: алюмінієвий сплав АД-31 та вуглепластик типу Элур 0,8/ЭДТ-69.
Для наведених ТРП розроблені технічні умови.
Суть розробки полягає в виготовленні і поставці зразків неметалевих матеріалів з нанесенними на них ТРП, які призначенні для експонування у складі блоку експонування (БЕКС) експериментального польотного устаткування «Цикл-1», з метою їх наземних конструкторсько-доводочних випробувань (КДВ).
Отримані результати по властивостям емалі ПУ-1 и ЭУ-1 дозволяють говорити о ряді їх переваг з емаллю АК-512 (Росія) по адгезії, фізико-механічним властивостям. Емаль як біла, так і чорна має наступні переваги:
- Еластичність складає 1 мм (максимальна еластичність).
- Адгезія, визначена методом решітчастого надрізу також має максимальний бал.
Якісно наносяться на поверхні поліммідної плівки без ґрунту, має високу адгезією до поверхні полііміду
По завершеній г/д роботі №15/3.091 «Розробка, виготовлення та впровадження експериментального зразка пальникового пристрою для спалювання газового та рідкого палива на основі струменево-нишової технології». Науковий керівник – чл.кор. НАНУ, д.т.н., проф. Фіалко Н.М.
Основні характеристики, суть розробки
Запропонована технологія спалювання газу базована на одержані оптимального співвідношення компонентів горіння “газ-повітря” та максимальному тепловому ефекту в процесі їх спалювання шляхом струмкового змішування потоків газу та повітря в спеціальних струменево-нишових пальниках модульного типу, які можуть бути використані в різних галузях нродного господарства.
Нова технологія забезпечує інтенсивне горіння з утворенням короткого факелу і дозволяє підтримувати мінімально-можливий коефіцієнт надлишку повітря ( до значень 1,02-1,05 в котельних установках), що сприяє зниженню втрат з вихідними газами, підвищенню коефіцієнта корисної дії агрегату та забезпечує екологічні показники, які відповідають вимогам нормативних документів.
Результати впровадження пальників типу струменево-нишового типу дозволяють: підвищити ефективність котлів на 4-15%, зменшити витрати енергії на привід вентиляторів в 2,5-2 рази, знизити токсичність продуктів згоряння на 15-20%, забезпечити надійний запуск та сталу роботу при зміні параметрів системи в широкому діапазоні.
На струменево-нишових пальник одержано патент України N 51844 від 16.12.2002р.
Виконана розробка знаходиться на рівні світових аналогів щодо токсичності продуктів згоряння. Перевагою пальників над світовими аналогами є низька чутливість до коливань тиску газу в магістралі, можливість сталої роботи при тиску повітря від 50 Па, та газу від 100 Па, широкий коефіцієнт робочого регулювання – від 10 до 20, зміну коефіцієнту надлишку повітря від 1,02 – 10–20.
Впровадження пальникових пристроїв дає можливість збільшити міжремонтні терміни роботи обладнання. Пальники мають низькі вимоги до рівня автоматизації та високу адаптованість до існуючої інфраструктури. Термін окупності пальникових пристроїв різної потужності тільки за рахунок економії газу складає до 12 місяців. На котлі ДКВр – 6,5 економії електроенергії склала біля 6 тис.грн. /1 міс.
Пальникові пристрої типу можуть бути застосовані на підприємствах і організаціях різних галузей промисловості: в теплоенергетиці, металургії, хімії тощо, де необхідна робота на змінних режимах експлуатації щодо витрат повітря та коефіцієнтів надлишку повітря. Це теплові електричні станції, опалювальні котельні, печі обробки різних матеріалів, підігрівачі повітря, газу тощо.
По завершеній г/д роботі №2.012 „Розрахункове уточнення подовження терміну експлуатації корпусних деталей та роторів турбін К-200-130-3 КураховськоїТЕС та Луганської ТЕС”. Науковий керівник – доц., к.т.н. Черноусенко О.Ю.
Основні характеристики, суть розробки.
Проблема забезпечення надійної роботи енергетичного обладнання стає більш актуальною, тому що старіння обладнання значно перевищує темпи технічного переозброєння. Ресурс більшості енергоблоків ТЕС України досяг 180-200 тисяч годин і перевищує розрахунковий. Відсутні науково-обгрунтовані рекомендації щодо подовження терміну експлуатації обладнання.
Результати досліджень дозволяють визначити найбільш напружені зони елементів турбіни, провести оцінку індивідуального ресурсу парової турбіни К-200-130 з урахуванням реальних умов експлуатації, локальної пошкоджуваності окремих деталей корпусів, роторів, клапанів турбоустановки та конструктивних особливостей у тримірному вимірі. Оцінка індивідуального ресурсу парової турбіни містить три складові і дає можливість подовжити термін експлуатації до 250 -300 тис. годин.
В роботі запропоновані рекомендації подовження терміну експлуатації енергетичного обладнання. Дослідження теплового та напруженно-деформованого стану і малоциклової утомлюваності циліндрів високого та середнього тиску (ЦВТ та ЦСТ ), корпусів стопорних і регулюючих клапанів парової турбіни К-200-130 дозволять оцінити допустимість подовження терміну експлуатації турбін ТЕС та АЕС.
Використання розроблених рекомендацій дозволить підвищити термін експлуатації обладнання, сприяти зниженню втрат на переобладнання ТЕС, забезпечити надійну та сталу роботу енергообладнання при впровадженні автоматизованих систем технічної діагностики енергоблоків теплових електростанцій.
Вироблені рекомендації щодо подовження терміну експлуатації енергетичного обладнання є конкурентно-спроможною.
Рекомендації щодо подовження терміну експлуатації енергетичного обладнання відповідає вимогам діючих стандартів і нормативів та є конкурентноздатною по відношенню до аналогічних закордонних розробок. Розрахункова модель дослідження теплового та напружено-деформованого стану енергетичного обладнання у тримірному вимірі є оригінальною на теренах СНД.
Впровадження рекомендацій подовження терміну експлуатації енергетичного обладнання дозволить збільшити терміни міжремонтного ресурсу в 1,5 рази, подовжити строк роботи турбіни у 1,2-1,5 рази. Термін окупності складає близько 1 року. Орієнтовна вартість розробки на один енергоблок потужністю 200 МВт складає 100-150 тис. гривень, а блоку АЕС потужністю 1000 МВт може бути на рівні 150 -200 тис. гривень в залежності від обсягу та кількості об’єктів досліджень без урахування вартості автоматизованих систем технічної діагностики енергоблоків теплових електростанцій.
Розробка подовження терміну експлуатації енергетичного обладнання може застосовуватись на підприємствах і організаціях різних галузей промисловості; особливо для енергетичного обладнання теплових і атомних електростанцій, промислових підприємств, наприклад, на ТЕЦ-5, ТЕЦ-6 АЕК “Київенерго”, енергоблоках 250/300 МВт, всі теплові електростанції потужністю 200 – 300 МВт, а також АЕС НАЕК “Енергоатом” Мінпаливенерго України, енергоблоки 220 – 1000 МВт.
По завершеній г/д №15/2.060 «Удосконалення конструкції теплообмінників з конденсацією всередині труб». Науковий керівник – доц., к.т.н. Барабаш П. О.
Розроблена методика та стенд для проведення експериментальних досліджень гідродинаміки пароконденсатного потоку та локальних характеристик інтенсивності теплообміну при конденсації холодильних агентів в горизонтальних трубах з використанням градієнтного методу.
Результати досліджень показали, що локальні значення температури теплообмінної поверхні дають можливість однозначної ідентифікації режиму течії пароконденсатного потоку.
Дослідження локальних характеристик теплообміну при конденсації в горизонтальних трубах дозволили виявити вплив умов охолодження теплообмінної поверхні на теплпередючу здатність теплообмінної труби.
На основі цих досліджень розроблено рекомендації по оптимальній організації відведення тепла від теплообмінної поверхні вгоризонтальнотрубних конденсаторах
Результати проведених досліджень дали можливість вдосконалити методику розрахунку конденсаторів з конденсацією в горизонтальних трубах, впровадження якої в інженерну практику забезпечить більш точний розрахунок необхідної поверхні теплообміну конденсаторів холодильних установок.
За результатами отриманими при виконанні роботи опубліковано 8 статей, зроблено 5 доповідей на наукових конференціях, отримано 4 патенти України, підготовлена одна кандидатська дисертація.
Результати досліджень впроваджені в навчальний процес: В курсі Гідро газодинаміка введено розділ «режими течії двофазного пароконденсатного потоку в горизонтальних трубах.
По незавершеній тематиці:
По незавершеній г/д №2.002 “Розробка парокомпресійного дистиллятора для фармацевтичного підприємства”. Науковий керівник - проф., д.т.н. Ріферт В. Г.
Проведено огляд публікацій щодо технологій знесолення води, призначеної для фармацевтичних виробництв. Виконано аналіз різних систем очищення води і їх порівняння з парокомпресійною дистиляцією. Проведено аналіз економічної доцільності впровадження парокомпресійної дистиляції в систему очищення води для конкретного підприємства. Для того ж підприємства розроблено технологію очищення води, призначеної для виробництва ін’єкційних розчинів, що включає парокомпресійну дистиляцію. Розроблено гідравлічну схему системи очищення води, проведено розрахунок її складових. Проведено вибір обладнання для розробленої системи з урахуванням валідаційних вимог.
По незавершеній г/д №2.003 «Розробка комплекту конструкторської документаціі на типо-ряд контактних водонагрівачів із зниженим аеродинамічним опором». Науковий керівник - зав. лаб. Королевич О.Я.
Розроблена принципова схема контактного водонагрівача із зниженим аеродинамічним опором. Випробувано дослідний зразок контактного водонагрівача зі зниженим аеродинамічним опором.
Визначені основні габаритні розміри і технічні характеристики типоряду контатних водонагрівачів потужністю 0,29; 0,58; 1,16; 1,74; 2,9 МВт.
Розроблено комплект конструкторської документації на типоряд контактних водонагрівачів потужністю 0,29; 0,58; 1,16; 1,74; 2,9 МВт.
3 Інноваційна діяльність
3.1 Участь у інноваційних структурах, створених на базі НТУУ “КПІ”
Співробітники теплоенергетичного факультету активно приймають участь у інноваційних структурах, створених на базі НТУУ “КПІ”. Так, МП “Термодистиляція”, яка створена на базі Відділу термодистиляції та інтенсифікації теплообміну, і Лабораторія термічних методів очистки стічних вод беруть участь у діяльності інноваційного бізнес-інкубатора “Політехцентр”.
Група під керівництвм Дикого М. О. приймає участь в інноваційній структурі створеної на базі НТУУ „КПІ” Технопарк „Київська політехніка”.
Співробітниками кафедри створено 5 інноваційних розробок.
За звітний рік забезпечено 5 впроваджень результатів розробок у виробництво. Крім того у навчальний процес впроваджено три розділи у навчальні дисципліни за результатами наукових досліджень, що виконуються на кафедрі.
Роботи, виконані на замовлення Наукового парку
Тема «Модернізація систем теплопостачання міст на основі поєднання когенераційної технології «Водолій» та теплоакумулюючого обладнання широкої номенклатури»
Науковий керівник – проф., д.т.н. Дикий М.О.
Терміни виконання: 10.2007р. – 12.2009р.
В рамках участі кафедри ТЕУ Т та АЕС в складі Наукового парку „Київська політехніка” при проведенні за ініціативою Київської міської державної адміністрації „Днів енергоефективності в м. Києві” кафедрою запропоновано пакет пропозицій щодо співпраці кафедри та структурних підрозділів Київської міської державної адміністрації.
Участь в роботі наукового парку „Київська політехніка» - для участі у виставках було надано 6 зразків:
– «Зразки профілів для алюмінієвих теплових труб»,
– „Плакат – впровадження теплових труб”,
– „Плакат стенд для термовакуумних випробувань”,
– «Стільникова панель з тепловими трубами»,
– «Зразки теплових труб для системи забезпечення теплових режимів космічних апаратів»,
– «Фрагмент сотопластової конструкції для каркасу сонячної батареї»..
3.2 Загальна кількість і приклади інноваційних розробок
20 робіт, які виконувались співробітниками факультету у 2008 році, мають інноваційний характер так, як вирішують для замовників важливі задачі: створюють технології, прилади та пристрої, які поліпшують технічні показники їх підприємств. У виконанні цих робіт приймало участь 71 співробітників ТЕФ, з них 42 штатних співробітника НДЧ (з них 1 доктор наук., 17 кандидатів наук) і 23 науково-педагогічних співробітників факультету за сумісниством, та 1 докторант, 28 аспірантів, 35 студентів.
Прикладом таких розробок є:
1. Програмно – технічний комплекс для системи припливно – витяжної вентиляції житлового будинку (студ. Камєнєв П.В.)
2. АСР процесами вентиляції і кондиціювання з повітря використанням адаптивного регулятора (студ. Степанець О.В.)
3. Програмне забезпечення мікро – WEB – сервера в системі дистанційного навчання користувачів автоматизованих мікробіологічних пристроїв (студ. Туранський М.А.)
4. Алгоритмічне і програмне забезпечення нейрорегулятора в складі системи клімат – контролю серверного приміщення (студ. Бунке О.С.)
5. Система автоматизованого контролю турбогенератора ТВВ 320 енергоблоку №1 ТЕЦ – 6 (студ. Тарасенко Н.В.).
6. Розроблено , змонтовано і здано в експлуатацію фармацевтичній компанії "Здоров'я" (м. Харків).багатоступеневу дистиляцію для отримання води для ін'єкцій на замовлення
7. Розроблено, налагоджено і випробувано систему водопідготовки котельної продуктивністю 52 м3/год знесоленої води на ВАТ "Чорноморська Індустрія" (м. Іллічевськ).
8. Передано для пілотного випробування в NASA розроблений і виготовлений спільно з Корпорацією “Honeywell International, Inc.” (США) багатоступеневий відцентровий дистилятор.
9. Відповідно до приорітетного напрямку діяльності Технопарку „Новітні нетрадиційні технології енергозбереження та ресурсозбереження, технології ефективного використання низькосортних палив” під науковим керівництвом професора Дикого М.О. розроблено проект та бізнес-план проекту „Створення та освоєння серійного виробництва газопаротурбінних установок „Водолій” потужністю 16 – 25 МВт для виробництва механічної, електричної та теплової енергії”.
11. Розроблено контактний водонагрівач для системи теплопостачання, що забезпечує 25-30% економії палива, в порівнянні з традиційними системами..
12. Система автоматичного управління водогрійними котлами типу ПТВМ-100;
13. Система автоматичного управління паровими котлами, що працюють на відходах олійного виробництва;
14. Система автоматичного керування блоками підпитки тепломереж ТЕЦ.
15. Виконана для Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б.І. Вєркіна Національної академії наук України (м. Харків, Україна). Тема розробки - „Виготовлення і поставка зразків неметалевих матеріалів БЕКС для їх конструкторсько-доводочних випробувань (КДВ)”.
16. “Розробка, виготовлення та впровадження експериментального зразку пальникового пристрою для спалювання газового та рідкого палива на основі струменево-нишової технології”
Наук. кер. чл..кор. НАН У, д.т.н., проф.. Фіалко Н.М.
Зам – Мінтопенерго України
17. «Розрахунок уточнення допустимого терміну єксплуатації корпусних деталей та роторів турбіни К-200-130, ст. № 13 Луганської ТЕС»
Наук. кер. к.т.н., доц.. Черноусенко Н.М.
Зам. ТОВ «Востокенерго”
18. „Розрахунок залишкового ресурсу роботи роторів високого та середнього тиску турбіни блоків ст. № 11, 14, 15 Луганської ТЕС»
Наук. кер. к.т.н., доц.. Черноусенко Н.М.
Зам. ТОВ “Востокенерго”.
3.3 Аналіз наукового співробітництва з промисловими підприємствами м.Києва
Для підприємств та організацій м. Києва виконувались такі роботи:
Г/д № 2008 „ Розробка та виготовлення дослідних зразків деталей для апарату гіпоксичної стимуляції ” (керівник Шульженко О.Ф.) : модифіковано конструкцію апарату „ГІПОТРОН” , що дало можливість використовувати його у складі багатофункціонального лікувально-діагностичного комплексу, який розробляється в інституті фізіології. Розроблене також програмне забезпечення, яке дозволяє діагностувати ступінь адаптації організму пацієнта до гіпоксії на клітинному рівні та визначати ефективність лікування. З використанням результатів виконаних по темі робіт опублікована 1 стаття, оформлено патент № 29442, підготовлена до захисту дипломна робота.
Г/д № 2.017 „ Розробка комплекту документації автоматизованих систем з обліку господарчої діяльності на базі програмного забезпечення „1С:Підприємство” версія 8+ клієнт – сервер” (керівник Подольський І.М.): розроблено комплект документації, необхідний для впровадження на комунальному підприємстві програмного забезпечення „1С:Підприємство” версія 8+ клієнт – сервер”.
Розроблена документація дає можливість впровадження комплексної автоматизації процесів розрахунку нарахувань по оплаті комунальних послуг, оперативної високопродуктивної обробки, обліку й нагромадження інформації про нарахування оплати й надходження платежів від споживачів комунальних послуг.
З обліку комунальних платежів розроблені і передані замовнику наступні документи:
- інструкція користувача;
- інструкція програміста;
- програма й методика випробувань
З обліку господарчої діяльності розроблені і передані замовнику наступні документи:
- інструкція користувача;
- інструкція програміста;
- сценарії тестування систем фінансового контролю.
Кафедра АТЕП тісно співпрацює з рядом підприємств міста Києва. Серед них Київські ТЕЦ – 5, ТЕЦ – 6, Київський інститут автоматики, ТОВ «Терма – нова», ТОВ «Комп`ютерна група України», Державне НВП «АСУ Термо».
Приклади впровадження вагомих результатів, наукових розробок: «Програмно – технічний комплекс для системи припливно – витяжної вентиляції житлового будинку», що виконана з участю студента Камєнєва П.В.
«Програмне забезпечення мікро – WEB – сервера в системі дистанційного навчання», яке було розроблене і впроваджене студ. Туранським М.А.
В рамках виконання роботи за г/д № 15/3.091 з Мінпаливоенерго України на Київській ТЕЦ-6 на котлі ДЕ-10 встановлено та виконуються випробування дослідного зразка пальникового пристрою струменево-нишового типу, впровадження якого дозволить підвищити коефіцієнт корисної дії котла, зменшити витрати газу та знизити витрати витрати енергії на власні потреби.
Наук. кер. чл..кор. НАН У, д.т.н., проф.. Фіалко Н.М.
Зам – Мінтопенерго України
Для ТЕЦ-5 (м. Київ) проведено обстеження та аналіз роботи системи подачі циркуляційної води і розроблена методика розрахунку коефіцієнта корисної дії циркуляційних насосів ТЕЦ, що дозволить розробити рекомендації з оптимізації роботи циркуляційних насосів та зменшити витрати коштів станції на власні потреби.
Наук.кер.– проф., д.т.н. Кєсова Л.О.
Зам. Київська ТЕЦ-5.
Для об’єктів Київтрансгазу розроблені економічні та екологічні пальники струменево-нишового типу, які впроваджуються на підігрівачах газу типу ПТПГ-30, ПГ-10, ПГА-10, ПГА-5 для газотурбінних установок різної потужності.
Наук.кер.– доц., к.т.н. Абдулін М.З.
Зам. Київтрансгаз України
“Розробка комплексу енергозберігаючих техкічних рішень для підвищення економічності устаткування енергоблоків ТЕС”
Наук. кер. чл..кор. НАН У, д.т.н., проф.. Фіалко Н.М.
Зам. – Міносвіти і науки України
“Розробка комплексу енергозберігаючих техкічних рішень для підвищення економічності устаткування енергоблоків ТЕС”
Наук.кер.– чл..кор. НАН У, проф., д.т.н. Фіалко Н.М.
Зам. – Міносвіти і науки України
Для підприємств та організацій України виконувались роботи.
1. Результати дослідження подовження терміну експлуатації турбіни К-200-130 впроваджені на блоках ст. № 6,3,5,9,7,8,4 КТЕС ТОВ «СХІДЕНЕРГО», м. Курахово, Донецької області (акт про впровадження від 28.03.08 та справка ДонОРГРЕС про застосування результатів науково-дослідної роботи №301-01/5H від 28.02.08) та на блоках ст. № 11,13,14,15 ЛТЕС ТОВ «СХІДЕНЕРГО» (акт про впровадження від 22.09.2008).
2. Для Трипільської ТЕС (м. Нова Українка) розроблений проект модернізації котла ТПП-210А з подачею вугільного пилу з високою концентрацією (під тиском), що дозволить розширити діапазон режимів ефективної роботи котла та приведе до зиження викидів токсичних оксидів азоту в навколишнє середовище.
Наук.кер.– проф., д.т.н. Кєсова Л.О.
Зам. Трипільська ТЕЦ
3. Для камер згоряння газотурбінних установок розроблений, виготовлений та випробуваний експериментальний зразок пальникового пристрою для спалювання газу на основі трубчастої технології.
Наук.кер.– проф..д.т.н. Любчик Г.М.
Зам. Київгаз України
4. Для Кураховської ТЕС проведено розрахункове уточнення можливості подовження ресурсу метала корпусних деталей та роторів турбоустановок К-200-130-3 , що дасть можливість збільшити термін експлуатації парових турбін.
Наук.кер.– доц.,к.т.н.Черноусенко О.Ю.
Зам. ТОВ „Востокенерго”
На кафедрі ТПТ:
1. Співробітництво ДП „Трансгаз України” по впровадженню технології «Водолій».