Аннотация: В учебно-методическом пособии рассмотрены термодинамические особенности и теоретические основы работы паросиловых установок, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, газотурбинных установок, холодильных установок и тепловых насосов. Приведены основные характеристики атомного топлива, конструкции и термодинамические циклы атомных станций. Учебно-методическое пособие содержит задания для самоконтроля знаний, краткие теоретические сведения, примеры и задания для расчетных работ. Приведены справочные данные, необходимые для решения расчетных работ. Рекомендовано для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль «Городское строительство и хозяйство» очной и заочной формы обучения.

Аннотация: В монографии в основном обзорного характера собраны практически все сведения, полученные в нашей стране и частично за рубежом, по теплообменным и гидравлическим характеристикам каналов прямоугольного поперечного сечения с большим отношением сторон (щелевым) при установке в них шахматно или коридорно расположенных цилиндрических штырей-турбулизаторов (вставок) применительно к каналам охлаждения лопаток газовых турбин. Представлены данные об экспериментальном оборудовании и измерительной аппаратуре проведенных опытных исследований и приведены полученные эмпирические критериальные соотношения по теплогидравлическим характеристикам таких каналов. Анализ опытных данных позволил в сопоставимых условиях сравнить полученные различными авторами результаты и дать рекомендации по их использованию. Более детально изложены методики и результаты проведенных в ЛПИ опытных исследований теплогидравлических характеристик рассматриваемых каналов с системами штырей-турбулизаторов. Изложены имеющиеся методики проектировочных расчетов каналов охлаждения рассматриваемой конфигурации применительно к лопаткам газовых турбин, позволяющие выбирать некоторую оптимальную геометрию расстановки системы штырей-турбулизаторов и обеспечивающие заданное тепловое состояние охлаждаемых лопаток. Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и исследованием теплообменных систем различного назначения, а также для аспирантов и студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки «Энергетическое машиностроение».

Аннотация: Предназначен для студентов, обучающихся по дисциплинам «Турбины ТЭС и АЭС», «Паротурбинные установки», по направлениям 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 13.03.03 «Энергетическое машиностроение». В лабораторном практикуме 8 лабораторных работ. Работы направлены на получение практических навыков и знаний в области эксплуатации, расчёта и моделирования энергетического оборудования тепловых и атомных электрических станций. Для выполнения некоторых лабораторных работ требуется ПК с установленным программным обеспечением Microsoft Office и OpenModelica.

Аннотация: В учебном пособии рассмотрены конструкции высокоскоростных опор, применяемых на газокомпрессорном оборудовании, дан анализ эксплуатационных характеристик роторов на газомагнитных опорах. Описаны экспериментальные установки для исследования выходных характеристик высокоскоростных роторов на газомагнитных опорах, применимых в газокомпрессорах. Представлены экспериментальные и численные исследования, а также ряд зависимостей выходных характеристик работы ГМО в оборудовании от различных режимных и конструктивных параметров. Учебное пособие будет полезно студентам направления подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» (профиль «Оборудование нефтегазопереработки») при изучении дисциплины «Научные основы проектирования, эксплуатации и ремонта оборудования нефтегазопереработки» и их научным руководителям. Издание также может быть использовано аспирантами, бакалаврами и специалистами, занимающимися исследованием и проектированием опор высокоскоростных роторов газотурбинных установок.

Аннотация: Изложены основы газодинамики при течении среды через каналы турбинных решеток, конструктивные особенности конденсационных и теплофикационных турбин ТЭС и АЭС, а также их вспомогательного оборудования. Рассмотрены основы эксплуатации турбинного оборудования согласно ПТЭ, обслуживания работающей турбины и вспомогательного оборудования, пуск и останов паровой турбины. Приведены требования к организации ремонтного обслуживания турбин и вспомогательного оборудования. Отражены особенности эксплуатации и ремонта турбин АЭС. Для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Паротурбинные установки атомных электрических станций», «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций», «Тепловые электрические станции», «Автоматизация и управление теплоэнергетическими процессами». Может быть полезно учащимся энергетических колледжей.

Аннотация: В пособии изложены основы теории работы ступени осевого компрессора, рассмотрены особенности совместной работы ступеней осевого компрессора, вопросы регулирования осевых компрессоров и их работы на переменных режимах, а также приводятся основы аэродинамического проектирования компрессоров.

Аннотация: Проанализированы современные конструкции и тенденции развития электрических генераторов для ветротурбин материковых и оффшорных ветроэлектростанций. Рассмотрены применяющиеся в мегаваттном диапазоне мощностей три типа генераторов для высокоскоростного, низкоскоростного и безредукторного привода. Определены необходимые электромагнитные нагрузки генераторов и изменение их основных размеров в зависимости от мощности. Отмечена тенденция к применению безредукторных синхронных генераторов с постоянными магнитами для мощностей до 8 МВт. Рассмотрены синхронные генераторы как с радиальным намагничиванием, так и другие варианты (с аксиальным потоком, без ферромагнитных сердечников и др. ). Для мощностей 10 МВт и выше существенное уменьшение массы ветротурбины дает применение сверхпроводникового генератора. Однако из-за стоимости сверхпроводника коммерчески выгодный вариант однозначно не определен. Рассматриваются различные проекты (с «теплой», «холодной» сверхпроводимостью), а также варианты как полностью сверхпроводниковых генераторов, так и генераторов только со сверхпроводниковой системой возбуждения.

Аннотация: Одним из способов повышения удельных энергетических показателей импульсных линейных электромагнитных двигателей является статическое нагружение двигателя на этапе трогания, реализуемое с помощью устройства электромагнитного удержания якоря. Стремление упростить конструкцию двигателя и одновременно повысить его энергетические показатели привело к идее интеграции конструкции двигателя и устройства удержания якоря на основе общего магнитопровода. В его состав входят ферромагнитный направляющий корпус и удерживающая поверхность. Экспериментальные исследования таких интегрированных двигателей показали сложность регулирования усилия удержания, поскольку оно определяется несколькими конструктивными параметрами. Актуальность исследования вызвана необходимостью определения диапазонов допустимого изменения и сочетания конструктивных параметров ферромагнитного направляющего корпуса и удерживающей площадки, которые обеспечивают работоспособность двигателя. Аналитически получена зависимость магнитной индукции ярма по отношению к индукции начала насыщения верхнего магнитного шунта от площади поперечного сечения этого шунта и удерживающей поверхности с помощью кусочно-линейной аппроксимации кривой намагничивания и схемы замещения магнитной системы. На основе полученных зависимостей для выбранных конструктивных параметров при рабочем зазоре 20 мм выполнено математическое моделирование магнитной системы интегрированного электромагнитного двигателя на этапе трогания. Путем численного эксперимента определены магнитные индукции в ярме и верхнем магнитном шунте, которые изготовлены из конструкционной стали Ст3. Результаты численного эксперимента подтвердили выполненные расчеты. Исследования и анализ показали возможность определять условия отрыва якоря на этапе трогания в виде границ и областей допустимых значений указанных конструктивных параметров. Вне этих областей интегрированный электромагнитный двигатель работать не может.

Аннотация: Рассматриваются актуальные вопросы обеспечения синусоидальной формы кривой линейного напряжения, возникающие при проектировании широко применяемых в энергосистемах явнополюсных синхронных генераторов. Как известно, применение магнитных клиньев в пазах статора генератора позволяет улучшить основные электрические характеристики машины, снизить влияние высших гармоник, уменьшить добавочные потери, моменты от высших гармоник магнитного поля, шумы и вибрации, снизить температуру обмотки и активной стали статора и повысить КПД. Проведено исследование влияния магнитных свойств материала клиньев в пазах статора на коэффициент нелинейных искажений с помощью расчетного пакета прикладных программ ELCUT. Установлено, что значение относительной магнитной проводимости существенно влияет на коэффициент нелинейных искажений кривой ЭДС фаз обмотки статора и добавочных потерь в стали статора. Выбраны оптимальные значения магнитной проводимости материала клина, обеспечивающие форму кривой ЭДС генератора, соответствующую требованиям ГОСТ.

Аннотация: На многих электростанциях стран СНГ эксплуатируются турбо- и гидрогенераторы с системами возбуждения, в состав которых входят автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) устаревших типов. В цикле штатного начального возбуждения генераторов АРВ формируют полный форсирующий сигнал, создавая режим ударного возбуждения с максимальным напряжением ротора. В этом режиме в демпферном контуре ротора индуктируются большие значения токов, амплитуда которых, например у турбогенераторов мощностью 200-300 МВт, лежит в диапазоне 240-320 кА, а по термическому воздействию они эквивалентны односекундному току значением 175-190 кА и соизмеримы с током частотой 100 Гц. В статье предложен простой способ значительного уменьшения демпферного тока в процессе начального возбуждения генератора.

Аннотация: Современное состояние рынка стирлинг-генераторов свидетельствует, что в конкурентной борьбе побеждают высокотехнологичные двигатели, которые длительно доводились в процессе совместной работы или конкуренции сильных корпораций. Основные преимущества двигателей Стирлинга: возможность использовать различные источники теплоты и камеры сгорания, отвечающие экологическим требованиям; низкие уровни шума и вибрации; благоприятные характеристики, как для транспортных средств, так и для стационарных электрогенераторов; хорошая согласованность с линейной электрической машиной. Среди факторов, сдерживающих развитие стирлинг-генераторов, выделены: высокие стоимость и массогабаритные показатели, ограниченная агрегатная мощность, сложность удовлетворения требованиям к ресурсу. Особенность системы управления двигателем Стирлинга состоит в необходимости контролировать параметры в рабочем контуре, генераторе и камере сгорания. С учетом требований к обеспечению пусковых режимов система управления должна быть интеллектуальной. Управление мощностью свободнопоршневого двигателя Стирлинга обычно осуществляется изменением хода поршня, что реализуется электронным блоком управления линейным генератором. В настоящее время в связи с развитием альтернативной энергетики и распределенного электроснабжения растёт потенциальная ниша для применения Стирлинг-генераторов.

Аннотация: Исследуются специальные турбогенераторные установки (СТГУ) мощностью до 10000 кВт для преобразования механической энергии пара в электрическую с улучшенными виброакустическими характеристиками. В состав СТГУ входят: паровая турбина, синхронный генератор с магнитоэлектрическим возбуждением и преобразователь частоты, регулирующий параметры выходной электрической энергии. Частота вращения турбины и генератора в зависимости от мощности установки обеспечивает на выходе значения частоты от 50 до 300 Гц. Рассмотрены различные схемы построения автономных установок с генераторами магнитоэлектрического возбуждения. Предложена конструкция турбогенераторной установки с параллельным включением преобразователя частоты, позволяющая значительно улучшить массогабаритные характеристики преобразователя и повысить надежность установки в целом.

Аннотация: Приведены результаты исследований высокооборотного стартер-генератора с постоянными магнитами и зубцовой обмоткой для перспективных беспилотных летательных аппаратов. Рассмотрены технология изготовления магнитопровода статора из аморфного железа, а также методика выбора числа пар полюсов высокооборотного стартер-генератора, обоснованы преимущества аморфного железа. Отдельный этап работы посвящен задачам оптимизации пазовой зоны стартер-генератора по критерию минимума потерь в постоянных магнитах на вихревые токи. Для минимизации этих потерь выполнена многокритериальная оптимизация пазовой зоны с помощью генетических алгоритмов, в результате которой потери были снижены в 4 раза относительно первоначального варианта. Предложена схема охлаждения синхронной машины в составе турбореактивного двигателя, проведены тепловые расчеты. Для верификации предложенной последовательности проектирования, а также для оценки эффективности использования аморфного железа создан полноразмерный макет мощностью 5 кВт с частотой вращения ротора 60000 об/мин, плотностью мощности 0, 2 кг/кВт и КПД 96, 4%. Первоначальные испытания экспериментального макета подтвердили теоретические выводы и показали, что применение аморфного железа позволяет снизить потери в магнитопроводе статора в 5-7 раз.

Аннотация: В работах, посвященных самовозбуждению электрических машин, понятия "жесткое" и "мягкое" самовозбуждение используются для оценки степени воздействия на систему и характер изменения выходной величины при самовозбуждении. В статье обосновывается необходимость использования этих терминов исключительно для оценки характера изменения выходной величины. По аналогии с генератором постоянного тока предложено разделить условия самовозбуждения асинхронного генератора на стартерные и автогенераторные (автоколебательные). Экспериментально показано, что при размагниченной системе (слабый стартер) самовозбуждение генератора постоянного тока сопровождается скачкообразным изменением напряжения, то есть имеет место жесткий режим самовозбуждения. После работы в установившемся режиме генератор вновь намагничивается (сильный стартер), и при повторном самовозбуждении скачкообразного изменения напряжения не наблюдается. Такое самовозбуждение, при котором сильный стартер за счет остаточной индукции нивелирует "жесткий" характер самовозбуждения, предложено называть "псевдомягким".

Аннотация: Рассмотрено новое конструктивное решение магнитной системы синхронного генератора с постоянными магнитами (СГПМ) - низкооборотного магнитоэлектрического генератора (МЭГ). Приведены результаты математического и имитационного моделирования, а также экспериментальных исследований разработанного макетного образна МЭГ со скоростью вращения ротора до 600 об/мин. На основе анализа полученных результатов имитационного моделирования, экспериментальных исследований макетного образца МЭГ разработаны новые конструктивные решения низкоскоростного МЭГ с целью улучшения его электрических, электромагнитных, технико-экономических и массогабаритных показателей.

Аннотация: Приводятся результаты численного моделирования и экспериментального исследования пропускной способности ограничителей перенапряжений типа ОПН-ТП-3, 0/4-УХЛ 3 в составе автоматического быстродействующего вакуумного выключателя постоянного тока на максимальное напряжение 4, 1 кВ. Принцип работы вакуумного выключателя основан на принудительном переводе отключаемого тока через нуль с помощью встречного разряда предварительно заряженного конденсатора. Предложена численная модель, которая была реализована в пакете Matlab 6. 5 c использованием библиотеки Sim Power Systems. Применимость модели была экспериментально подтверждена при отключении тока вакуумным выключателем в режиме имитации тока короткого замыкания с разными скоростями нарастания тока. Исследования проводились на сильноточном высоковольтном испытательном стенде, который представляет собой колебательный контур с конденсаторной батареей на максимальное напряжение до 6 кВ с суммарной энергоемкостью до 1, 8 МДж. Численная модель удовлетворительно описывает процессы при отключении тока в вакуумном выключателе постоянного тока с принудительным переводом тока через нуль и позволяет оценить уровень рассеиваемой энергии в блоке ОПН при отключении тока короткого замыкания. Предложенная модель позволяет также оценить необходимое число параллельно соединенных ОПН при отключении аварийных токов в сетях тягового электроснабжения постоянного тока с индуктивностью от 5 до 15 мГн.

Аннотация: Представлены результаты исследований по оценке эффективности применения комбинированной жидкостно-воздушной системы охлаждения для тяговых генераторов закрытого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов. Генераторы работают с дизельным двигателем внутреннего сгорания в составе электротрансмиссии специальной автомобильной техники. Приведено описание устройства системы охлаждения, показано размещение каналов жидкостного и воздушного контуров в конструкции генератора, особое внимание уделено проблеме охлаждения ротора. Предложена система охлаждения ротора воздухом, циркулирующим по замкнутому контуру внутри машины за счет устанавливаемого на ротор специального вентилятора. Для гидравлических расчетов использована специальная программа, вычисляющая расходы теплоносителя и граничные условия теплообмена в каналах, являющиеся исходными данными для конечно-элементного анализа. Приведены результаты расчета теплового состояния конкретного тягового генератора с возбуждением от постоянных магнитов применительно к номинальному режиму и режиму холостого хода. От опубликованных ранее данная работа отличается исследованием возможностей жидкостно-воздушной системы охлаждения, имеющей определенные преимущества над другими системами, нашедшими применение в рассматриваемой области техники.

Аннотация: Для обеспечения все возрастающего уровня энергопотребления не последняя роль отводится разработке и созданию генераторов с высококоэрцитивными постоянными магнитами на основе сплавов редкоземельных материалов. В статье описан подход к проектированию мощных генераторов с постоянными магнитами, большие значения единичной мощности которых достигаются за счет высокой частоты вращения. Представлен алгоритм и приведен пример проектирования, в которых основные размеры генератора - диаметр расточки и длина зазора - определяются не только исходя из электромагнитных нагрузок (линейной и индукции в зазоре), но и с учетом механической прочности ротора, оцениваемой по предельно допустимой линейной скорости ротора на его наружной поверхности, прочности скрепляющей оболочки из неферромагнитного материала, охватывающей магниты по внешней цилиндрической поверхности. Приведены расчетный способ проверки устойчивости магнитов спроектированного генератора к размагничиванию и показаны особенности расчета угловых и внешних характеристик магнитоэлектрического генератора при проведении поверочных расчетов с использованием сеточной модели и векторной диаграммы.

Аннотация: Рассмотрен программный комплекс для автоматизации настройки регуляторов газотурбинных электростанций. Комплекс дает возможность автоматизировать некоторые этапы настройки, что положительно отражается на времени выполнения задачи. Реализуемая математическая модель учитывает и поведение газотурбинной установки, и поведение синхронного генератора, что позволяет настраивать параметры газотурбинной установки с учетом динамики электрической части газотурбинной электростанции. Настройки регулятора автоматически учитывают параметры электрической сети, тем самым учитывается взаимовлияние газотурбинной установки и синхронного генератора. В результате оценочное время настройки сокращается не менее чем в три раза.

Аннотация: Представлены результаты сравнительного исследования систем охлаждения, применяемых для высокоскоростных мини-турбогенераторов. Показано, что допустимый тепловой режим может быть обеспечен как при жидкостном охлаждении статора и газовом охлаждении ротора, так и при полностью газовом охлаждении машины различными видами хладагентов. Однако наиболее экономичным является применение жидкостного охлаждения статора и газового охлаждения ротора. При газовом охлаждении ротора от параметров охлаждающего газа зависит не только коэффициент теплоотдачи, но и потери при трении ротора об охлаждающую среду. Превышение температуры поверхности ротора над температурой входящего газа является сложной функцией параметров газа, поэтому выбор охлаждающего газа не является однозначной задачей. Для выбора газового хладоагента сформулирована и решена задача линейного программирования с превышением температуры поверхности ротора в качестве целевой функции.