Разработки института

Скачать иллюстрированный укр/рус каталог в формате PDF DOC (61 MB)
неполный перечень
Энергетическое машиностроение
Энергетическое машиностроение
Энергоэффективность. Ресурсосбережение. Экология
Энергоэффективность. Ресурсосбережение. Экология
 свернуть перечень ↑ 
Экспериментальная база по разработке и исследованию проточных частей гидромашин

Институт является ведущей организацией в Украине по проектированию проточных частей гидротурбин и обратимых гидромашин для ГЭС, ГАЭС, микрогэс.
Могут быть выполнены работы по созданию проточных частей и модельных образцов поворотно-лопастных гидротурбин в диапазоне напоров от 5 до 8 м, радиально-осевых обратимых гидромашин на напор от 70 до 500м, насос-турбин и микрогэс.

     В состав лаборатории гидромашин ИПМаш НАН Украины входят два замкнутых гидродинамических стенда ЭКС-15 и ЭКС-30, которые являются универсальными установками, обеспечивающими проведение комплексных экспериментальных исследований при создании высокоэффективных проточных частей гидромашин.
     Гидродинамические стенды по своим параметрам и оснащению являются уникальными сооружениями, не имеющими аналогов в Национальной академии наук Украины, имеют статус «национального достояния» и предназначены для выполнения научно-исследовательских работ по изучению рабочего процесса в гидромашинах.
     В лаборатории разработано и испытано более 30 гидротурбин, насосов и обратимых гидротурбин, в том числе для Каховской, Днестровской, Днепродзержинской, Киевской ГЭС, Днестровской ГАЭС (Украина), Вилюйской, Хантайской ГЭС (РФ), Перепадной ГЭС (Грузия), Шамxорской ГЭС (Азербайджанская Республика), Тхак-Ба ГЭС (Социалистическая Республика Вьетнам), Ниуил-IV (Аргентинская Республика), Сен-Жуан (Федеративная Республика Бразилия), Рокотайо (Республика Чили).
     При проведении приемо-сдаточных испытаний модели поворотно-лопастной гидротурбины на стенде ЭКС-15 значения среднеквадратичной суммарной погрешности КПД, определенные в соответствии с МЭК 60193, составляют ± (0,23…0,25)%, что соответствует современному мировому уровню для подобного оборудования.
     Широкие оперативные возможности системы управления стендов обеспечивают удобство установки и стабильность режимов испытаний, автоматизированная система измерений и математической обработки режимных параметров позволяет получать характеристики моделей гидромашин с высокой степенью достоверности с обеспечением соблюдения критериев моделирования, предусмотренных МЭК 60193, а также других требований, предъявляемых к приемо-сдаточным испытаниям в сжатые сроки.
     Для спроектированных и установленных на стендах моделей гидротурбин, насосов, обратимых гидромашин могут быть получены экспериментальные энергетические и кавитационные характеристики проточных частей, а также пульсационные и силовые характеристики в соответствии с требованиями Заказчика. На рисунке показан модельный блок поворотно-лопастной гидротурбины ПЛ30, установленный на энергокавитационном стенде ЭКС-15.
     Гидродинамические стенды после проведенной модернизации отвечают всем требованиям международного стандарта МЭК 60193 (таблица), что позволяет с учетом многолетнего опыта проводить исследовательские и приемо-сдаточные испытания моделей вертикальных реактивных гидромашин всех типов.

Малые турбины

Модель обратимой
гидромашины

Универсальные гидродинамические стенды для испытаний моделей обратимых гидромашин и радиально-осевых турбин

Параметры гидродинамических стендов ИПМаш НАН Украины

Маркировка стендов ЭКС-30
(для испытаний моделей РО гидромашин)
ЭКС-15
(для испытаний моделей ПЛ гидромашин)
Диаметр рабочего колеса модели, мм 350-400 350-380
Напор, м ≤25(30) ≤12(15)
Расход, м3/с ≤0,3(≤0,5) ≤0,56(≤0,7)
Мощность приводных двигателей постоянного тока циркуляционных насосов, кВт ≤160 ≤160
Мощность балансирного мотор-генератора, кВт ≤180 ≤200

-= Результаты исследований внедрены в проектах ряда ГЭС и ГАЭС =-

Математическое моделирование газодинамических процессов в турбомашинах
Модель:
  • нестационарные трехмерные сжимаемые уравнения Рейнольдса;
  • двухпараметрическая SST модель турбулентности Ментера;
Методы:
  • неявная монотонная схема Годунова повышенной точности;
  • метод локальной структуризации неструктурированных сеток.

 

Расчеты пространственного обтекания

и интегральных характеристик

Моделирование

 

 периодически

 

 нестационарного

 

 взаимодействия

 

 взаимодвижущихся

 

 решеток

 

Изолинии энтропийной функции

Внедрение: Alstöm Power, Elblag (Польша); НПО «Сатурн» (Рыбинск, Россия); ММПП «Салют» (Москва, Россия); ОАО «ЛМЗ» (С.Петербург, Россия)

Расчет и проектирование проточных частей паровых, газовых и гидравлических энергетических установок

    Разработан метод проектирования проточных частей паровых, газовых и гидравлических энергетических установок, в котором используются математические модели различных уровней сложности, в том числе методы расчета пространственных вязких турбулентных течений. Геометрии проточных частей строятся с помощью методов аналитического профилирования, исходными данными для которых служит ограниченное число параметрических величин. Это позволяет, с одной стороны, сократить время проектирования, а с другой – обеспечивать высокий уровень аэрогидродинамического совершенства создаваемых конструкций.
    При нарастающем дефиците энергоресурсов важным требованием, предъявляемым к современным турбоустановкам, является их высокая экономичность. Повышение экономичности энергетических установок возможно за счет газогидродинамического совершенствования проточных частей и пространственного профилирования лопаточных аппаратов. Разработанный метод позволяет обеспечить высокий уровень эффективности разрабатываемых или модернизируемых проточных частей, сократить время проектирования и экспериментальной доводки энергетических установок.
    С помощью метода были разработаны либо модернизированы энергетические машины различного назначения: турбодетандер, турбина на низкокипящем рабочем теле, теплофикационная турбина среднего давления.

    Турбина турбодетандера МТДА-3,0-10,4-МП-У2. (производитель – ПАО «Турбогаз»). Турбина является одноступенчатой радиально-осевого типа. Внутренний КПД турбины превышает 92 % во всем диапазоне режимов работы.
    В настоящее время турбина с разработанной проточной частью изготовлена (рис. а), установлена на турбодетандере МТДА-3,0-10,4-МП-У2 Тимофеевского нефтегазоконденсатного месторождения Гадяцкого района Полтавской области (рис. б) и прошла испытания, в результате которых были подтверждены все заявленные характеристики.

Турбодетандер МТДА-3,0-10,4-МП-У2

a – рабочее колесо

Рабочее колесо
б – действующий агрегат

Действующий агрегат

Турбина для когенерационной установки мощностью 100 кВт
Спроектирована семиступенчатая осевая минитурбина для когенерационной установки с частотой вращения вала 9000 об/мин и электрической мощностью 100 кВт

Осевая минитурбина
Осевая минитурбина

Проточная часть ЦСД турбины Т-125/150-12,8

    Разработана проточная часть среднего давления новой модификации теплофикационной турбины Т-125/150-12,8. Турбин данной серии на территории бывшего СССР установлено более 300 единиц. На основе расчетных исследований и анализа течения были определены мероприятия по повышению газодинамической эффективности проточной части. Суммарный внутренний КПД предлагаемой новой конструкции составил 92,3 %, что на 2,9 % выше, чем у исходного варианта. В настоящее время выпущена конструкторская документация и идет процесс изготовления турбины, окончание которого запланировано на 2015 год.
    Разработанный метод проектирования проточных частей паровых, газовых и гидравлических энергетических установок внедрен или используется в ГП «ЗМКБ «Прогресс» им. А.Г. Ивченко (г. Запорожье, Украина), ГП НПКГ «Заря-Машпрект» (г. Николаев, Украина), ОАО «ЛМЗ» (г. Санкт-Петербург, РФ), ФГУП ММПП «Салют» (г. Москва, РФ), ПАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (г. Сумы, Украина), НПО «Сатурн» (г. Рыбинск, РФ), ПАО «Мотор Сич» (г. Запорожье, Украина), Alstom Power Elblag (г. Ельблонг, Польша), ПАО «Турбогаз» (г. Харьков, Украина), ПАО «Турбоатом» (г. Харьков, Украина), ООО «Харьковтурбоинжиниринг» (г. Харьков, Украина), ООО «Донвентилятор» (г. Харьков, Украина), ЗАО «Уральский турбинный завод» (г. Екатеринбург, РФ).

Программно-информационная система для решения задач оптимизации и идентификации при проектировании и доводке энергетических установок

     Предлагается методология и способы идентификации математических моделей физических процессов в энергетических установках с использованием качественно новой программно-информационной системы – интегрированной среды, реализованной в виде модельно-программного комплекса, обеспечивающего в едином информационном пространстве решение задач многоцелевой и многоуровневой оптимизации для идентификации параметров и характеристик энергетических установок различного назначения (паротурбинные, газотурбинные установки, авиационные двигатели и др.) при их проектировании и доводке.
     Состав модельно-программного комплекса: математическая модель исследуемого объекта (проблемные задачи); результаты эксперимента, представленные в числовом, графическом или программном виде; подсистема оптимизации, позволяющая вести направленный поиск оптимального решения на основе современных математических методов, архив проектных решений; программно-информационный интерфейс, обеспечивающий связь между компонентами системы.
     Комплекс инвариантен относительно исследуемых моделей. Все проблемные задачи, программно-информационный интерфейс и методы оптимизации выполнены в виде динамически связываемых библиотек (dynamic link libraries (DLL)). DLL реализуются в виде исполняемых модулей, содержащих готовые к работе процедуры, функции и (или) ресурсы.
     Наличие адекватной математической модели позволяет сократить сроки доводки (до 10 %), исключить ряд экспериментальных исследований (10-15 %) и получать достоверную информацию о параметрах и характеристиках как исследуемого объекта в целом, так и отдельных его элементов во всем диапазоне его эксплуатации. Кроме того, модель может быть использована для получения диагностической информации, носителями которой будут измеряемые параметры рассматриваемого объекта.
     Отличительной особенностью предлагаемого подхода является решение задачи параметрической идентификации без каких-либо преобразований математической модели объекта, т.е. расчет критериев идентификации, невязок, параметров и характеристик установки ведется по тем же алгоритмам, что и при реальном проектировании, с сохранением традиционных взаимосвязей и последовательностей. Разработан алгоритм многокритериальной оптимизации, позволяющий избежать свертки в аддитивный критерий выбранных критериев качества, что дает возможность получить наилучшие значения для каждой рассматриваемой функции качества, а не улучшать одну из них за счет ухудшения других.
     Применяется при проектировании и доводке энергетических установок различного назначения (паротурбинные, газотурбинные установки, авиационные двигатели и др.).

Структурная схема Optimum

Комплекс внедрен в реальное проектирование на:
НПО "Невский завод",
ОАО "Турбоатом",
ГП "Ивченко-Прогресс",


а также использован для создания идентифицированных математических моделей авиационных АИ-25ТЛШ, Д-436Т1

Максимальная размерность:

-варьируемых параметров 512
-ограничений неравенств 512
-ограничений равенств 256
-критериев качества 10