АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЙ ТА СТВОРЕННЯ КЛАСИФІКАЦІЇ СТРУМИННО-РЕАКТИВНИХ РОЗШИРЮВАЛЬНИХ МАШИН

Сергій Михайлович Ванєєв; Дмитро Валерійович Мірошниченко; Ольга Ігорівна Мiрошниченко; Тетяна Сергіївна Бага; Олександр Станіславович Мелейчук

doi:10.32782/msnau.2025.1.2

Сергій Михайлович Ванєєв Сумський державний університет https://orcid.org/0000-0002-8205-0209
Дмитро Валерійович Мірошниченко Сумський державний університет https://orcid.org/0009-0009-6785-8996
Ольга Ігорівна Мiрошниченко Сумський державний університет https://orcid.org/0000-0001-7131-8575
Тетяна Сергіївна Бага Сумський державний університет https://orcid.org/0000-0003-0258-695X
Олександр Станіславович Мелейчук Сумський державний університет https://orcid.org/0009-0003-2637-0106

DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2025.1.2

Ключові слова: струминно-реактивна турбіна, енергозбереження, проточна частина, робоче колесо, сопло

Анотація

Енергетика України є основоположною галуззю для розвитку економіки держави та збереження її суверенітету. Суттєвою проблемою сьогодні є розумне використання енергетичних ресурсів Землі. Україна намагається вирішити це питання, про що свідчить реалізована програма «Безпека, енергоефективність, конкурентоспроможність (Енергетична стратегія України до 2035 року)». Предметом вивчення у статті є струминно-реактивні розширювальні машини. Мета роботи: розглянути принцип роботи та особливості конструкції існуючих струминно-реактивних відцентрових розширювальних машин. Завдання: на основі аналізу існуючих струминно-реактивних відцентрових розширювальних машин відокремити особливості конструкції та параметри, що впливають на роботу цих машин. Енергетична галузь переживає серйозні потрясіння. У Німеччині, наприклад, великі атомні та вугільні електростанції в гігаватного масштабу планується закрити в найближчі роки. Багатоступінчасті осьові турбіни переважали протягом останніх ста років на електростанціях класу кілька сотень МВт, і ця архітектура, звичайно, не є відповідним рішенням для утилізації енергії надлишкового тиску пари або газу, з якої можна отримати потужність 1 МВт або навіть нижче 100 кВт. Парові турбіни, що використовувалися до цього часу, вже не підходять для цих завдань. Електроенергія має вироблятися в багатьох невеликих установках у децентралізованій відновлюваній енергетиці і екологічно чистим способом. З цієї причини автори досліджують відомі конструкції турбін, які практично не використовувалися через їх низьку ефективність і майбутні електроприводи. Однак ці незвичайні конструкції турбін можуть підійти для малих та мікромасштабних розподілених електростанцій і міні-ТЕЦ, що використовують як класичні термодинамічні цикли, так і цикли з утилізації сонячного, геотермального тепла, тепла біомаси, продуктів згоряння або потенційної енергії тиску, що втрачається при редукуванні, тому що в цих умовах класичні турбіни (осьові і доцентрові), також мають низку ефективність при більш складній конструкції та собівартості. Обґрунтовано доцільність використання струминно-реактивних відцентрових розширювальних машин із ущільненням у осьовому зазорі. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: створено класифікацію струминно-реактивних відцентрових розширювальних машин.

Посилання

1. Arabkoohsar A., Farzaneh-Gord M., Deymi-Dashtebayaz M., Machado L., Koury R.N.N. (2015). A new design for natural gas pressure reduction points by employing a turbo expander and a solar heating set. Renewable Energy. 81. P. 239 – 250. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.03.043.
2. Berezhnyi, O.S. (2014) Udoskonalennia robochykh kharakterystyk strumynno-reaktyvnoho pnevmoahrehata na osnovi utochnennia modeli robochoho protsesu [Improving the operating characteristics of a jet-jet pneumatic unit based on refining the workflow model]: avtoreferat... kand. tekhn. nauk, spets.: 05.05.17 – hidravlichni mashyny ta hidropnevmoahrehaty / O.S. Berezhnyi. – Sumy: SumDU, 2014. – 20 s. – SumDU.. (in Ukrainian).
3. Cleveland T., Mokhatab S. (2014). Energy Recovery At Pressure Regulating Stations. Pipeline & Gas Journal. – 241, №6. http://pipelineandgasjournal.com/energy-recovery-pressure-regulating-stations.
4. Heronis Alexandrini opera quae supersunt omnia. V. 1. Pneumatica et automata. Lipsiae, (1900) (Herons von Alexandria Druckwerke und Automatentheater/Hrsg. von W. Schmidt. Leipzig, 1900).
5. Hetalo, V.V. (2014). Vdoskonalennia system redukuvannia tysku shliakhom vykorystannia strumynno-reaktyvnykh pnevmoahrehativ [Improving pressure reduction systems through the use of jet-reactive pneumatic units]: avtoreferat...kand. tekhn. nauk, spets.: 05.05.17 – hidravlichni mashyny ta hidropnevmoahrehaty / V.V. Hetalo. – Sumy: SumDU. – 20 s. (in Ukrainian).
6. Hovdiak R.M. (2014). Utylizatsiia enerhii tysku pryrodnoho hazu v turbodetande-rnykh ustanovkakh na obiektakh hazovoi promyslovosti [Utilization of natural gas pressure energy in turboexpander installations at gas industry facilities] Rozvidka ta rozrobka naftovykh i hazovykh rodovyshch. – № 1(50). – S. 7-12. (in Ukrainian).
7. Korolov S.K., Zolotonosha O.O., Alieksieiev S.O, Vanieiev S.M., Meleichuk S.S. (2023). Patent Ukrainy № 154343, MPK (2023.01) F01D1/00, F01D1/32 (2006.01). Strumenevo-reaktyvna turbina [Jet turbine] / vlasnyk Korolov S.K. – № u 202300738, zaiavl. 24.02.2023; opubl. 08.11.2023, Biul. № 45. (in Ukrainian).
8. Rice, Warren, "Tesla Turbomachinery 2016 Wayback Machine" (1991). Conference Proceedings of the IV International Tesla Symposium, September 22–25. Serbian Academy of Sciences and Arts, Belgrade, Yugoslavi.https://www.gyroscope.com/images/teslaturbine/TeslaTurboMachinery.pdf
9. Singh P. (2017). The choice between turbine expanders and variable speed pumps as replacement for throttling devices in non-thermal process applications. Energy, 123, pp. 198-217. doi: 10.1016/j.energy.2017.01.124. https://www.appropedia.org/Appropriate_Technology_Sourcebook/The_Segner_Turbine:_A_low-cost_Solution_for_Harnessing_Water_Power_on_a_very_Small_Scale.
10. Ueli Meier, Markus Eisenrinc, and Alex Arter. (1983). The Segner Turbine: A low-cost Solution for Harnessing Water Power on a very Small Scale. (Swiss Center for Appropriate Technology).
11. Vanieiev, S., Mizakova, J., Smolenko, D., Miroshnychenko, D., Pitel, J., Baha, V., & Meleychuk, S. (2024). Electricity Generation at Gas Distribution Stations from Gas Surplus Pressure Energy. Processes, 12(9), 1985. https://doi.org/10.3390/pr12091985.
12. Vanieiev S. M., Miroshnychenko D. V., Zhurba V. O., Znamennykiv Ya. V, Baha V. M., Rodymchenko T. S. (2019). Stend dlia doslidzhennia rozshyriuvalnykh turbomashyn maloi potuzhnosti ta ahrehativ na yikh osnovi. [Stend dlia doslidzhennia rozshyriuvalnykh turbomashyn maloi potuzhnosti ta ahrehativ na yikh osnovi] Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiia. № 55 (1). – S. 15-21. (in Ukrainian).
13. Vanyeyev S., Getalo V. (2014). Jet-Reactive Turbine: Experimental Researches and Calculations by Means of Softwares. In Applied Mechanics and Materials (Vol. 630, pp. 66–71). Trans Tech Publications, Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.630.66.