Журнал «Труды Академэнерго» № 1 — 2018 год

Д.И. Пащенко, О.И. Частикова, В.В. Горохов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЯ КАТАЛИЗАТОРА ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО РЕГЕНЕРАТОРА
e-mail: pashchenkodmitry@mail.ru, pt@samgtu.ru
Самарский государственный технический университет
Ключевые слова: аэродинамическое сопротивление, конверсия метана, термохимическая регенерация теплоты, энергоэффективность.
Аннотация
Рассмотрена схема высокотемпературной теплотехнологической установки с термохимической регенерацией теплоты, работающей по регенеративному принципу. Одной из задач в инженерных расчетах таких установок является определение аэродинамического сопротивления слоя катализатора в термохимическом регенераторе. На основании проведенных серий экспериментов определена зависимость потерь давления от скорости воздуха для различных типов наполнения слоя катализатора: хаотичное наполнение, наполнение упорядоченными рядами, шахматное наполнение. Для всех исследуемых способов наполнения наблюдается характерная квадратичная зависимость потерь давления от скорости ∆p=f(w²). Также экспериментально установлено, что потери давления линейно зависят от количества загруженного в слой катализатора. С точки зрения классического представления динамики жидкости, потери давления в слое катализатора можно рассматривать как местные гидравлические потери, которые обусловлены изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. На основании экспериментальных данных были определены значения коэффициента местного сопротивления слоя катализатора длиной 100 мм. Для хаотичного наполнения катализатора ζ=140…160; для упорядоченного заполнения рядами ζ=75…85; для шахматного наполнения ζ=70…80. Полученные результаты могут быть использованы в инженерных расчетах способа повышения энергетической эффективности теплотехнологических и теплоэнергетических установок, который основан на термохимической трансформации тепловой энергии дымовых газов в химическую энергию нового синтетического топлива, а также в расчетах химических реакторов паровой конверсии метана.

В.Н. Петров^*, А.С. Шабалин^*, С.Л. Малышев^*, С.В. Петров^**
ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ РАСЧЁТА ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ КАНАЛЕ
e-mail: petr_vl_nik@mail.ru, shabalin90@yandex.ru, pamir.61@mail.ru, Petrov_1972@mail.ru
^* ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии»
^** ООО «БРиЗ»
Ключевые слова: верификация, метод пограничного слоя, осесимметричный канал, спутный поток, турбулентная струя, численный метод, эксперимент.
Аннотация
В работе проведена верификация численного метода и метода пограничного слоя расчёта структуры течения, образующегося при взаимодействии турбулентной неизотермической струи со спутным потоком  в цилиндрическом канале. Результаты расчётов сопоставлены с экспериментальными данными. Расчёты проведены на режимах струйного течения с образованием вблизи стенки канала зон обратных токов и без них. В статье представлены результаты расчётов и их сравнение с экспериментом только на режиме с образованием зон обратных токов. Приведено сравнение подготовительных работ, выполняемых исследователем при расчёте разными методами. Представлен алгоритм расчёта методом пограничного слоя. При расчёте численным методом использовался программный комплекс ANSYS Fluent. Результаты расчётов структуры течения, полученные двумя методами в целом хорошо согласуется с экспериментальными данными. Однако, в области отрыва потока имеются существенные расхождения.

В.О. Здор, Р.Ф. Камалов, Ю.В. Караева, А.И. Кадыйров
Исследование циркуляционного подогрева мазута
e-mail: Zdor_victoria@mail.ru
ФГБУН ФИЦ «Казанский научный центр Российской академии наук»
Ключевые слова: мазутное хозяйство ТЭС и котельной, циркуляционный подогрев, мазут, энергосбережение.
Аннотация
Представлены результаты численного исследования подогрева мазута в резервуаре емкостью 628 м³  с различным расположением напорного трубопровода. Рассмотрены следующие массовые расходы: 4,1 кг/с, 6,2 кг/с, 10,3 кг/с и 14,5 кг/с. Установлено, что динамика среднеобъемного значения температуры в резервуаре одинакова, несмотря на различие в картине скоростных и температурных полей. Определено необходимое время подогрева в зависимости от производительности циркуляционного насоса. Представлено сравнение численных результатов с экспериментальными данными Геллера З.И. на примере задачи о циркуляционном подогрева крекинг — остатков.

В.Е. Юрин
Оптимизация ночного режима работы ГТУ при многоцелевом комбинировании с Аэс
e-mail: urin1990777@bk.ru
Саратовский научный центр Российской академии наук
Ключевые слова: атомная энергетика, ядерная безопасность, резервирование собственных нужд, обесточивание, повреждение активной зоны, газотурбинная установка.
Аннотация
В работе исследуется система резервирования собственных нужд атомной электростанции на основе газотурбинной установки. В аварийных ситуациях, сопровождаемых полным обесточиванием АЭС (в том числе при максимальной проектной аварии), газотурбинная установка позволяет обеспечить необходимое для расхолаживания активной зоны реакторов электроснабжение. В штатном режиме дополнительная ГТУ работает на выработку электроэнергии в энергетическую систему. Автором исследованы режимы работы резервирующей собственные нужды АЭС ГТУ в ночные внепиковые часы графика электрических нагрузок. Экономическая целесообразность режимов разгрузки определяется рядом факторов: ночной тариф на электроэнергию, повышенный износ турбины в режимах разгрузки и останова, пусковые расходы, снижение надежности резервирования собственных нужд АЭС при аварийном обесточивании в период простоя ГТУ. Износ турбины и пусковые расходы имеют на порядки меньшее значение, поэтому для выбора оптимального режима в работе учитывалось только снижение ночного тарифа и надежности резервного электроснабжения.

А.Н. Байрамов, В.С. Киричков
ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ КОМБИНИРОВАНИЯ АЭС С ВОДОРОДНЫМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМАЛЬНОГО РИСКА
e-mail: oepran@inbox.ru
ФГБУН Саратовский научный центр РАН
Ключевые слова: атомная электрическая станция, водородный энергетический комплекс, взрыво-пожаробезопасность, ущерб, риск
Аннотация
Целью статьи является оценка суммарного годового риска от взрыва и пожара смеси водорода с окислителем при комбинировании АЭС с водородным энергетическим комплексом. Оценка риска проводилась с использованием статистических данных об интенсивностях возникновения аварийного события по разгерметизации и разрушению оборудования и трубопроводов промышленных предприятий. Приведены принципиальные схемы комбинирования АЭС с водородным энергетическим комплексом. Определены эффективные условия компоновки основного оборудования и трубопроводов водородного энергетического комплекса, при которых суммарный риск может быть снижен на 1-2 порядка.

А.А. Генбач^*, Д.Ю. Бондарцев^**
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПОТОКИ И ТЕРМИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОРИСТЫХ ПОКРЫТИЯХ ТЕПЛОЭНЕРГОУСТАНОВОК
e-mail: d.bondartsev@saem.kz
^*Алматинский Университет Энергетики и Связи
^**АО «Трест Средазэнергомонтаж»
Ключевые слова: теплообмен, пористая структура, напряжения, система охлаждения, тепловые электрические станции.
Аннотация
Разработаны способы и устройства для электростанций и создания научной методики. Проведены исследования предельных тепловых потоков в металлических и плохотеплопроводных пористых структурах, работающих при совместном действии гравитационных и капиллярных сил, и охлаждающих различные устройства теплоэнергоустановок. На основе решения задачи термоупругости и опытных данных описан механизм разрушения металлических парогенерирующих поверхностей и плохотеплопроводных покрытий малой пористости, выполненных из естественных минеральных сред (гранит). На основе аналогии явлений выявлены зависимости тепловых потоков от времени их действия и глубины проникновения температурных возмущений. Капиллярно-пористые системы обладают высокой интенсивностью, большой теплопередающей способностью, надежностью, компактностью. Результаты расчетов и эксперимента показали, что максимальная толщина частиц, отрывающихся под действием сил сжатия для покрытий из гранита составляет (0,25÷0,3)х10^-2 м. Участки кривых сжатия, определяющие отрыв частиц с размерами более 0,3х10^-2 м для больших тепловых потоков и малого времени подачи, экранируются кривой плавления, а в случае малых тепловых потоков и значительных интервалов времени – кривой растяжения. Исследования направлены на создание пористых систем охлаждения из хорошо – и плохо- теплопроводных материалов.

М.Ю. Егоров
Опыт создания и эксплуатации Парогенераторов АЭС горизонтального и Вертикального типов
e-mail: mikhail.yu.egorov@gmail.com
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Ключевые слова: парогенераторы горизонтального и вертикального типа, многократная естественная циркуляция, колебания уровня, трубки теплообменных пучков, коллекторы теплоносителя, дистанционирующие решетки, сепарационное устройство, пароводяная смесь, питательная вода, термоусталостные и коррозионные повреждения, дентинг
Аннотация
Целью работы является разработка рекомендаций по созданию парогенераторов для перспективных российских энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР широкого диапазона электрической мощности, включая 1500¾1800 МВт.
Выполнен анализ российского опыта парогенераторостроения и эксплуатации в составе энергоблоков с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 с аппаратами горизонтального типа. Обсуждаются физические процессы и конструктивные особенности, связанные с отказом парогенераторов: развитие трещин, повреждения холодных коллекторов, малые запасы и колебания уровня воды второго контура.
Описаны негативные процессы, происходящие при освоении зарубежных вертикальных парогенераторов с пучками U-образных трубок, нижние концы которых завальцованы в плоской трубной доске: коррозионное растрескивание стенок трубок, дентинг при выпаривании воды в зазорах между трубками теплообменных пучков и отверстиями в дистанционирующих трубных решетках.
На основе анализа зарубежного опыта эксплуатации парогенераторов вертикального типа сделан вывод о целесообразности создания альтернативного горизонтальному типу образца российского парогенератора вертикальной компоновки, который может стать в последствии прототипом серийных аппаратов.

Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, А.М. Грибков, А.А. Филимонова, А.С. Виноградов
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ВОДОХРАНИЛИЩА-ОХЛАДИТЕЛЯ ЗАИНСКОЙ ГРЭС
АО «ТАТЭНЕРГО»
e-mail: ndchichirova@mail.ru, aachichirova@mail.ru
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: водохранилище-охладитель, Заинская ГРЭС, система оборотного охлаждения, температурный режим, эффективность охлаждения циркуляционной воды
Аннотация
Надежное функционирование водоемов-охладителя является залогом качественной работы электростанции с заданной мощностью. Заинское водохранилище создано на реке Степной Зай в 1965 г. как водоем-охладитель Заинской ГРЭС. За истекший период с водохранилищем произошли значительные изменения: заиливание дна, сокращение объема водохранилища, образованию обширных мелководий и т.д. Перечисленные процессы, в том числе, связаны с влиянием деятельности Заинской ГРЭС на водохранилище. В летние месяцы средняя температура воды в Заинском водохранилище превышает действующие требования ГОСТов, что негативно влияет на функционирование водоема и работу самой ГРЭС. В статье проведены математические расчеты с анализом эффективности работы Заинского водохранилища-охладителя. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости введения дополнительных способов охлаждения циркуляционной воды, поступающей в Заинское водохранилище.

И.С. Иштыряков, Р.Р. Яруллин
ВЛИЯНИЕ ОРИЕНТАЦИИ ДЕФЕКТА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗРУШЕНИЯ В ПОЛОМ ЦИЛИНДРЕ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ НАГРУЖЕНИИ
e-mail: ivan_200999@mail.ru, yarullin_r@mail.ru
ФГБУН ФИЦ «Казанский научный центр Российской академии наук»
Ключевые слова: алюминиевый сплав Д16ЧАТ, поверхностные трещины, внутреннее давление, скорость роста трещины, пластический КИН.
Аннотация
Проведены циклические испытания полых цилиндрических образцов из алюминиевого сплава Д16ЧАТ с продольным и поперечным по отношению к образующей цилиндра расположением внешних поверхностных дефектов. Испытания проводились при комнатной температуре. Экспериментально установлена стабилизация формы фронта трещины по циклам нагружения для различных исходных надрезов. Получены данные по кинетике перемещений и раскрытия трещины при циклическом давлении.
Установлены различия в скорости роста трещины в полом образце при растяжении и внутреннем давлении.

А.В. Туманов
Метод прогнозирования скорости роста трещины при ползучести
e-mail: tymanoff@rambler.ru
ФГБУН ФИЦ Казанский научный центр Российской академии наук
Ключевые слова: плотность энергии деформации, зона процесса разрушения, коэффициент интенсивности напряжений при ползучести, скорость роста трещины при ползучести
Аннотация
В настоящей работе предложен метод, позволяющий спрогнозировать значение скорости роста трещины в компактном образце на основе концепции коэффициента интенсивности напряжений при ползучести. Объектом исследования выступал компактный образец с боковым надрезом стандартной геометрии. Для установления кинетики изменения формы трещины по мере ее роста были проведены испытания компактных образцов при взаимодействии усталости и ползучести. Проведенные экспериментальные исследования позволили установить особенности изменения формы фронта трещины в компактном образце по мере ее роста. На основе полученных экспериментальных данных для расчета зависимости In-интеграла от времени выдержки под нагрузкой был произведен комплекс конечно-элементных расчетов. На основе совокупности концепций плотности энергии деформации и коэффициента интенсивности напряжений при ползучести был определен размер зоны процесса разрушения, что в свою очередь позволило спрогнозировать скорость роста трещины. Прогнозы, полученные с помощью данной методики, имеют хорошую корреляцию с экспериментом.