Дисертації

Постійне посилання зібрання

http://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/2773

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 36

Інноваційна технологія біоремедіації нафтозабруднених ґрунтів із застосуванням мікробіологічних консорціумів
(2023) Недорода Владислав Миколайович; Nedoroda V.; Трохименко Ганна Григорівна; Trokhymenko G.
У дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано та експериментально доведено ефективність використання консорціуму бактерій роду Bacillus для деструкції нафтових вуглеводнів у разі інтродукції до забрудненого нафтопродуктами ґрунту. Розроблено науково обґрунтовані, економічно та енергетично доцільні заходи щодо застосування протестованого біопрепарату в технології біоремедіації нафтозабруднених ґрунтів. Обґрунтовано актуальність теми дослідження, сформульовано мету й завдання, висвітлено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Дана загальна характеристика нафтових вуглеводнів як одного з пріоритетних полютантів навколишнього середовища. Описано вплив нафти та нафтопродуктів на компоненти ґрунтової екосистеми. Розглянуто основні методи поводження та висвітлено проблеми, пов'язані з переробкою нафтошламових відходів. Проаналізовано наукові праці щодо вивчення корисних ґрунтових мікроорганізмів, їхньої ролі у процесах мікробіологічної деструкції нафтопродуктів, особливості взаємодії з рослинами та ґрунтовою мікробіотою. Дослідження за темою дисертаційної роботи виконувалися впродовж 2019–2023 років на базі Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. Планом досліджень передбачалося вивчення впливу бактерій роду Bacillus на фітотоксичність нафтозабрудненого ґрунту. Іншим завданням було оцінити результативність використання органічних добрив, застосованих окремо і разом із мікроорганізмами та їхній вплив на підвищення ефективності мікробіологічної деструкції у кореневій зоні рослин. Також визначалися закономірності використання меліорантів для активізації процесів фітостимуляції бактерій. Загалом, у процесі досліджень використано різні штами бактерій, які належать до роду Bacillus. Досліджено особливості зміни фітотоксичного впливу забрудненого нафтою ґрунту при використанні комплексного біопрепарату на основі штамів мікроорганізмів Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum, Bacillus amyloliquefaciens та Bacillus subtilis у лабораторних умовах. Рівень деструкції нафтових вуглеводнів визначався при різних комбінаціях концентрації забруднювача та біопрепарату, а також за відсутності нафтового забруднення, задля забезпечення оцінки впливу біопрепарату на навколишнє середовище.
Підвищення ефективності двопаливних камер згоряння газотурбінних двигунів використанням плазмохімічних елементів
(2023) Діасамідзе, Б. Т.; Diasamidze, B. T.; Сербін С. І.
Діасамідзе Б. Т. Підвищення ефективності двопаливних камер згоряння газотурбінних двигунів використанням плазмохімічних елементів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 – Енергетичне машинобудування. – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2021. Застосування двопаливних газотурбінних двигунів (ГТД) є одним із перспективних напрямків підвищення ефективності й надійності енергетичних систем. Одним із актуальних питань є контроль емісії оксидів азоту при роботі як на газоподібному, так і рідкому паливах. Незважаючи на велику кількість наукових досліджень в області низькоемісійних камер згоряння методологічні і технічні аспекти вирішення науково-прикладного завдання створення високоефективних двопаливних низькоемісійних камер згоряння ГТД з плазмовим супроводом до теперішнього часу розроблені недостатньо. Натурні дослідження процесів розпилювання та горіння палив достатньо проблематичні у зв’язку з високою вартістю матеріальних та людських ресурсів, високими температурами в камері згоряння, але за допомогою сучасних методів математичного моделювання та обчислювальної гідродинаміки такі завдання можуть розв’язуватися з високою швидкістю та точністю. Дослідження шляхів вдосконалення емісійних характеристик паливоспалюючих пристроїв, що забезпечують розв’язання завдання створення високоефективних газотурбінних двигунів наземного та морського призначення, які відповідають вимогам до енергетичних модулів нового покоління та працюють на рідкому та газоподібному органічних паливах одночасно, – є актуальним і матиме як соціальний, так і економічний ефекти. Таким чином, актуальність дисертаційного дослідження визначається: а) необхідністю розробки математичних моделей впливу повітряної плазми на процеси активації паливно-повітряних сумішей різного фазового стану та розробки механізму плазмохімічного впливу на робочий процес двопаливної камери згоряння; б) необхідністю досліджень аеродинаміки потоків та утворення токсичних компонентів в камері згоряння, що працює на природному газі та рідкому паливі, з урахуванням впливу низькотемпературної повітряної плазми. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності двопаливних низькоемісійних камер згоряння ГТД шляхом використання низькотемпературної повітряної плазми для активації паливно-повітряних сумішей. Новизна результатів, одержаних в дисертації, полягає в наступному. 1. Вперше обґрунтовано інтенсифікуючий вплив низькотемпературної повітряної плазми на робочий процес двопаливної камери згоряння ГТД з попереднім сумішоутворенням на основі розробленої математичної моделі фізико-хімічних процесів двофазного турбулентного горіння у низькоемісійних паливоспалюючих пристроях, яка відрізняється від відомих запропонованим кінетичним механізмом окиснення вуглеводнів з урахуванням впливу плазмохімічних продуктів на процеси активації паливно-повітряних сумішей. 2. Вперше доведено можливість підвищення ефективності процесів одночасного горіння газоподібного і рідкого палива в камері згоряння ГТД з попереднім утворенням паливно-повітряної суміші шляхом плазмохімічного впливу струмин повітряної низькотемпературної плазми на процеси прогріву крапель рідкого палива, сумішоутворення й окиснення пального. 3. Вперше експериментально отримано вольт-амперні характеристики плазмового повітряного генератора низькотемпературної плазми, призначеного для роботи в складі двопаливних камер згоряння, та визначено, що зона його стійкої роботи лежить в діапазоні струмів від 0,1 до 0,9 А при витратах плазмоутворюючого повітря до 1,6 г/с, а мінімальне значення сили струму зростає до 0,3 А при додатковій подачі розпилюючого повітря. 4. Вдосконалено метод прогнозування процесів вигоряння різних за фізичним станом вуглеводневих палив в низькоемісійних камерах згоряння ГТД, заснований на числовому моделюванні їх характеристик на основі концепції дисипації вихорів (Eddy-Dissipation-Concept), який відрізняється від відомих тим, що враховує особливості окиснення палив різного стану за допомогою детальних хімічних механізмів в умовах взаємодії зони реагування з турбулентними пульсаціями потоку. 5. Отримав подальший розвиток підхід до моделювання впливу продуктів плазмохімічного елемента на процеси поширення полум'я у паливоспалюючих пристроях, заснований на залежності енергії активації реакцій окиснення різних за фізичним станом палив від кількості добавок плазмохімічних продуктів, яка враховується у рівняннях переносу хімічних компонентів. Наукове значення роботи полягає в розширенні уявлень про фізико-хімічні механізми плазмової активації процесів горіння різних за фазовим станом палив в низькоемісійних камерах згоряння ГТД в частині впливу зменшення енергії активації результуючої реакції окиснення вуглеводнів на структуру хімічно реагуючих двофазних потоків, як наукового підґрунтя для реалізації концепції модернізації та створення двопаливних українських ГТД нового покоління. Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці практичних рекомендацій з використання двопаливних камер згоряння в енергетиці, на підставі яких розроблено конструктивну схему двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт, що працюює на газоподібному і рідкому паливах і забезпечує світові показники токсичності вихлопних газів. Запропонована тривимірна математична модель робочого процесу в двопаливній низькоемісійній камері згоряння з урахуванням впливу повітряної низькотемпературної плазми здатна прогнозувати енергетичні та емісійні характеристики найсучасніших газотурбінних двигунів. На її основі може бути проведена оптимізація параметрів камер згоряння новітніх енергетичних систем. Результати дисертаційного дослідження впроваджено при проєктуванні вітчизняних газотурбінних установок для їх подальшого використання в якості мобільних енергетичних засобів комплексного забезпечення енергією об’єктів морської інфраструктури (ДП «Дослідно-проектний центр кораблебудування» державного концерну «Укроборонпром»), при аналізі схемних рішень перспективних суднових енергетичних установок та виконанні проєктних розробок концептуальних суден (―Zaliv Ship Design‖), в навчальному процесі при підготовці здобувачів вищої освіти в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова. У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми, показано її зв’язок з науковими програми й темами, сформульовано об’єкт і предмет дослідження, мету та головні його задачі, представлено методи дослідження та обґрунтування достовірності отриманих результатів, визначено наукову новизну та практичне значення результатів роботи, відображено повноту викладення результатів у публікаціях та ступінь апробації на конференціях. У першому розділі проаналізовано сучасні методи організації робочого процесу в двопаливних камерах згоряння ГТД світових та вітчизняних виробників, особливості функціонування плазмохімічних систем та хімічної кінетики активації різних за фазовим станом палив. Виконаний аналіз літератури дозволив визначити актуальність використання плазмової активації горіння вуглеводневих палив як одного з перспективних напрямків підвищення ефективності й надійності двопаливних енергетичних систем. Другий розділ дисертації присвячено опису методології та обґрунтуванню основних методів досліджень робочих процесів в двопаливних камерах згоряння. Запропоновано для аналізу енергетичних і емісійних характеристик паливоспалюючих пристроїв використовувати основні рівняння математичної моделі турбулентного горіння рідких і газоподібних палив, моделі хімічної кінетики, що місять можливості урахування впливу низькотемпературної плазми на процеси поширення полум’я. Приведено основні рівняння математичної моделі, що описує робочий процес в турбулентній системі при спалюванні газоподібного палива. Надано опис принципової схеми експериментального стенду для проведення досліджень плазмових генераторів. Третій розділ присвячено опису розроблених математичних моделей для розрахунку двопаливної низькоемісійної камери згоряння з плазмовим супроводом. Обґрунтовано вибір тривимірної моделі континуального типу, яка здатна прогнозувати основні процеси в камерах згоряння ГТД при використанні різних за фазовим станом палив. Розроблено математичну модель плазмової активації горіння рідких та газоподібних палив в двопаливній камері згоряння. Проведено верифікацію запропонованої математичної моделі. Четвертий розділ присвячено теоретичним дослідженням характеристик двопаливної газотурбінної камери згоряння, що працює на газоподібному та рідкому паливах. Проведено тривимірні розрахунки аеродинамічної структури потоку в двопаливній низькоемісійній камері згоряння ГТД при роботі на газоподібному та рідкому паливах. Виявлено основні особливості формуванні зон зворотних течій в жаровій трубі камери згоряння на режимах холодної продувки і при підведенні пального. Проведено розрахунки різних варіантів подачі рідкого палива в двопаливну низькоемісійну камеру згоряння. Отримано розподіли температур та концентрацій токсичних компонентів на виході камери згоряння при одночасній роботі низькоемісійної камери на рідкому і газоподібному паливах при різних співвідношеннях їх витрат через канали радіально-осьових завихрювачів жарової труби. У п’ятому розділі проаналізовано стан розробки генераторів низькотемпературної плазми, призначених для активації горіння газоподібних і рідких вуглеводневих палив в камерах згоряння транспортних і стаціонарних газотурбінних двигунів. Розроблено конструктивну схему генератора низькотемпературної повітряної плазми з покращеними енергетичними характеристиками, призначеного для роботи в складі двопаливної камери згоряння. Проведено експериментальні дослідження енергетичних характеристик генератора повітряної плазми без подачі та з подачею розпилюючого повітря і води, що імітує рідке паливо. Визначено діапазон сталої роботи плазмотрону постійного току. Зона сталого горіння дуги плазмотрона знаходиться у межах сили току від 0,1 до 0,9 А, а при додатковій подачі розпилюючого повітря і води 7 мінімальне значення сили струму зростає до 0,3 А. Проведено тривимірні розрахунки характеристик двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт з плазмовим супроводом. Отримано розподіли основних параметрів по перерізах двопаливної камери згоряння з урахуванням різної кількості плазмохімічних продуктів, що подаються у первинну зону камери. Отримані результати математичного моделювання показали, що додавання плазмохімічних продуктів забезпечує зменшення концентрацій монооксиду вуглецю СО в вихідному перерізі жарової труби з 25-28 ppm до 3,9-4,6 ppm. Розроблено практичні рекомендації щодо вдосконалення конструктивної схеми двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт виробництва ДП НВКГ ―Зоря‖-‖Машпроєкт‖ використанням плазмохімічних елементів, що дозволило забезпечити розрахункову емісію токсичних компонентів (оксидів азоту і монооксиду вуглецю) на рівні, який відповідає сучасним Європейським вимогам на викиди газотурбінних двигунів при роботі як на газоподібному, так і рідкому паливах.
Підвищення ефективності двопаливних камер згоряння газотурбінних двигунів використанням плазмохімічних елементів
(2023-01-24) Діасамідзе, Б. Т.; Diasamidze, B. T.; Сербін С. І.
Діасамідзе Б. Т. Підвищення ефективності двопаливних камер згоряння газотурбінних двигунів використанням плазмохімічних елементів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 – Енергетичне машинобудування. – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2021. Застосування двопаливних газотурбінних двигунів (ГТД) є одним із перспективних напрямків підвищення ефективності й надійності енергетичних систем. Одним із актуальних питань є контроль емісії оксидів азоту при роботі як на газоподібному, так і рідкому паливах. Незважаючи на велику кількість наукових досліджень в області низькоемісійних камер згоряння методологічні і технічні аспекти вирішення науково-прикладного завдання створення високоефективних двопаливних низькоемісійних камер згоряння ГТД з плазмовим супроводом до теперішнього часу розроблені недостатньо. Натурні дослідження процесів розпилювання та горіння палив достатньо проблематичні у зв’язку з високою вартістю матеріальних та людських ресурсів, високими температурами в камері згоряння, але за допомогою сучасних методів математичного моделювання та обчислювальної гідродинаміки такі завдання можуть розв’язуватися з високою швидкістю та точністю. Дослідження шляхів вдосконалення емісійних характеристик паливоспалюючих пристроїв, що забезпечують розв’язання завдання створення високоефективних газотурбінних двигунів наземного та морського призначення, які відповідають вимогам до енергетичних модулів нового покоління та працюють на рідкому та газоподібному органічних паливах одночасно, – є актуальним і матиме як соціальний, так і економічний ефекти. Таким чином, актуальність дисертаційного дослідження визначається: а) необхідністю розробки математичних моделей впливу повітряної плазми на процеси активації паливно-повітряних сумішей різного фазового стану та розробки механізму плазмохімічного впливу на робочий процес двопаливної камери згоряння; б) необхідністю досліджень аеродинаміки потоків та утворення токсичних компонентів в камері згоряння, що працює на природному газі та рідкому паливі, з урахуванням впливу низькотемпературної повітряної плазми. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності двопаливних низькоемісійних камер згоряння ГТД шляхом використання низькотемпературної повітряної плазми для активації паливно-повітряних сумішей. Новизна результатів, одержаних в дисертації, полягає в наступному. 1. Вперше обґрунтовано інтенсифікуючий вплив низькотемпературної повітряної плазми на робочий процес двопаливної камери згоряння ГТД з попереднім сумішоутворенням на основі розробленої математичної моделі фізико-хімічних процесів двофазного турбулентного горіння у низькоемісійних паливоспалюючих пристроях, яка відрізняється від відомих запропонованим кінетичним механізмом окиснення вуглеводнів з урахуванням впливу плазмохімічних продуктів на процеси активації паливно-повітряних сумішей. 2. Вперше доведено можливість підвищення ефективності процесів одночасного горіння газоподібного і рідкого палива в камері згоряння ГТД з попереднім утворенням паливно-повітряної суміші шляхом плазмохімічного впливу струмин повітряної низькотемпературної плазми на процеси прогріву крапель рідкого палива, сумішоутворення й окиснення пального. 3. Вперше експериментально отримано вольт-амперні характеристики плазмового повітряного генератора низькотемпературної плазми, призначеного для роботи в складі двопаливних камер згоряння, та визначено, що зона його стійкої роботи лежить в діапазоні струмів від 0,1 до 0,9 А при витратах плазмоутворюючого повітря до 1,6 г/с, а мінімальне значення сили струму зростає до 0,3 А при додатковій подачі розпилюючого повітря. 4. Вдосконалено метод прогнозування процесів вигоряння різних за фізичним станом вуглеводневих палив в низькоемісійних камерах згоряння ГТД, заснований на числовому моделюванні їх характеристик на основі концепції дисипації вихорів (Eddy-Dissipation-Concept), який відрізняється від відомих тим, що враховує особливості окиснення палив різного стану за допомогою детальних хімічних механізмів в умовах взаємодії зони реагування з турбулентними пульсаціями потоку. 5. Отримав подальший розвиток підхід до моделювання впливу продуктів плазмохімічного елемента на процеси поширення полум'я у паливоспалюючих пристроях, заснований на залежності енергії активації реакцій окиснення різних за фізичним станом палив від кількості добавок плазмохімічних продуктів, яка враховується у рівняннях переносу хімічних компонентів. Наукове значення роботи полягає в розширенні уявлень про фізико-хімічні механізми плазмової активації процесів горіння різних за фазовим станом палив в низькоемісійних камерах згоряння ГТД в частині впливу зменшення енергії активації результуючої реакції окиснення вуглеводнів на структуру хімічно реагуючих двофазних потоків, як наукового підґрунтя для реалізації концепції модернізації та створення двопаливних українських ГТД нового покоління. Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці практичних рекомендацій з використання двопаливних камер згоряння в енергетиці, на підставі яких розроблено конструктивну схему двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт, що працюює на газоподібному і рідкому паливах і забезпечує світові показники токсичності вихлопних газів. Запропонована тривимірна математична модель робочого процесу в двопаливній низькоемісійній камері згоряння з урахуванням впливу повітряної низькотемпературної плазми здатна прогнозувати енергетичні та емісійні характеристики найсучасніших газотурбінних двигунів. На її основі може бути проведена оптимізація параметрів камер згоряння новітніх енергетичних систем. Результати дисертаційного дослідження впроваджено при проєктуванні вітчизняних газотурбінних установок для їх подальшого використання в якості мобільних енергетичних засобів комплексного забезпечення енергією об’єктів морської інфраструктури (ДП «Дослідно-проектний центр кораблебудування» державного концерну «Укроборонпром»), при аналізі схемних рішень перспективних суднових енергетичних установок та виконанні проєктних розробок концептуальних суден (―Zaliv Ship Design‖), в навчальному процесі при підготовці здобувачів вищої освіти в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова. У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми, показано її зв’язок з науковими програми й темами, сформульовано об’єкт і предмет дослідження, мету та головні його задачі, представлено методи дослідження та обґрунтування достовірності отриманих результатів, визначено наукову новизну та практичне значення результатів роботи, відображено повноту викладення результатів у публікаціях та ступінь апробації на конференціях. У першому розділі проаналізовано сучасні методи організації робочого процесу в двопаливних камерах згоряння ГТД світових та вітчизняних виробників, особливості функціонування плазмохімічних систем та хімічної кінетики активації різних за фазовим станом палив. Виконаний аналіз літератури дозволив визначити актуальність використання плазмової активації горіння вуглеводневих палив як одного з перспективних напрямків підвищення ефективності й надійності двопаливних енергетичних систем. Другий розділ дисертації присвячено опису методології та обґрунтуванню основних методів досліджень робочих процесів в двопаливних камерах згоряння. Запропоновано для аналізу енергетичних і емісійних характеристик паливоспалюючих пристроїв використовувати основні рівняння математичної моделі турбулентного горіння рідких і газоподібних палив, моделі хімічної кінетики, що місять можливості урахування впливу низькотемпературної плазми на процеси поширення полум’я. Приведено основні рівняння математичної моделі, що описує робочий процес в турбулентній системі при спалюванні газоподібного палива. Надано опис принципової схеми експериментального стенду для проведення досліджень плазмових генераторів. Третій розділ присвячено опису розроблених математичних моделей для розрахунку двопаливної низькоемісійної камери згоряння з плазмовим супроводом. Обґрунтовано вибір тривимірної моделі континуального типу, яка здатна прогнозувати основні процеси в камерах згоряння ГТД при використанні різних за фазовим станом палив. Розроблено математичну модель плазмової активації горіння рідких та газоподібних палив в двопаливній камері згоряння. Проведено верифікацію запропонованої математичної моделі. Четвертий розділ присвячено теоретичним дослідженням характеристик двопаливної газотурбінної камери згоряння, що працює на газоподібному та рідкому паливах. Проведено тривимірні розрахунки аеродинамічної структури потоку в двопаливній низькоемісійній камері згоряння ГТД при роботі на газоподібному та рідкому паливах. Виявлено основні особливості формуванні зон зворотних течій в жаровій трубі камери згоряння на режимах холодної продувки і при підведенні пального. Проведено розрахунки різних варіантів подачі рідкого палива в двопаливну низькоемісійну камеру згоряння. Отримано розподіли температур та концентрацій токсичних компонентів на виході камери згоряння при одночасній роботі низькоемісійної камери на рідкому і газоподібному паливах при різних співвідношеннях їх витрат через канали радіально-осьових завихрювачів жарової труби. У п’ятому розділі проаналізовано стан розробки генераторів низькотемпературної плазми, призначених для активації горіння газоподібних і рідких вуглеводневих палив в камерах згоряння транспортних і стаціонарних газотурбінних двигунів. Розроблено конструктивну схему генератора низькотемпературної повітряної плазми з покращеними енергетичними характеристиками, призначеного для роботи в складі двопаливної камери згоряння. Проведено експериментальні дослідження енергетичних характеристик генератора повітряної плазми без подачі та з подачею розпилюючого повітря і води, що імітує рідке паливо. Визначено діапазон сталої роботи плазмотрону постійного току. Зона сталого горіння дуги плазмотрона знаходиться у межах сили току від 0,1 до 0,9 А, а при додатковій подачі розпилюючого повітря і води 7 мінімальне значення сили струму зростає до 0,3 А. Проведено тривимірні розрахунки характеристик двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт з плазмовим супроводом. Отримано розподіли основних параметрів по перерізах двопаливної камери згоряння з урахуванням різної кількості плазмохімічних продуктів, що подаються у первинну зону камери. Отримані результати математичного моделювання показали, що додавання плазмохімічних продуктів забезпечує зменшення концентрацій монооксиду вуглецю СО в вихідному перерізі жарової труби з 25-28 ppm до 3,9-4,6 ppm. Розроблено практичні рекомендації щодо вдосконалення конструктивної схеми двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт виробництва ДП НВКГ ―Зоря‖-‖Машпроєкт‖ використанням плазмохімічних елементів, що дозволило забезпечити розрахункову емісію токсичних компонентів (оксидів азоту і монооксиду вуглецю) на рівні, який відповідає сучасним Європейським вимогам на викиди газотурбінних двигунів при роботі як на газоподібному, так і рідкому паливах.
Підвищення ефективності двопаливних камер згоряння газотурбінних двигунів використанням плазмохімічних елементів
(2023-01-24) Діасамідзе, Б. Т.; Diasamidze, B. T.; Сербін С. І.
Діасамідзе Б. Т. Підвищення ефективності двопаливних камер згоряння газотурбінних двигунів використанням плазмохімічних елементів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 – Енергетичне машинобудування. – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2021. Застосування двопаливних газотурбінних двигунів (ГТД) є одним із перспективних напрямків підвищення ефективності й надійності енергетичних систем. Одним із актуальних питань є контроль емісії оксидів азоту при роботі як на газоподібному, так і рідкому паливах. Незважаючи на велику кількість наукових досліджень в області низькоемісійних камер згоряння методологічні і технічні аспекти вирішення науково-прикладного завдання створення високоефективних двопаливних низькоемісійних камер згоряння ГТД з плазмовим супроводом до теперішнього часу розроблені недостатньо. Натурні дослідження процесів розпилювання та горіння палив достатньо проблематичні у зв’язку з високою вартістю матеріальних та людських ресурсів, високими температурами в камері згоряння, але за допомогою сучасних методів математичного моделювання та обчислювальної гідродинаміки такі завдання можуть розв’язуватися з високою швидкістю та точністю. Дослідження шляхів вдосконалення емісійних характеристик паливоспалюючих пристроїв, що забезпечують розв’язання завдання створення високоефективних газотурбінних двигунів наземного та морського призначення, які відповідають вимогам до енергетичних модулів нового покоління та працюють на рідкому та газоподібному органічних паливах одночасно, – є актуальним і матиме як соціальний, так і економічний ефекти. Таким чином, актуальність дисертаційного дослідження визначається: а) необхідністю розробки математичних моделей впливу повітряної плазми на процеси активації паливно-повітряних сумішей різного фазового стану та розробки механізму плазмохімічного впливу на робочий процес двопаливної камери згоряння; б) необхідністю досліджень аеродинаміки потоків та утворення токсичних компонентів в камері згоряння, що працює на природному газі та рідкому паливі, з урахуванням впливу низькотемпературної повітряної плазми. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності двопаливних низькоемісійних камер згоряння ГТД шляхом використання низькотемпературної повітряної плазми для активації паливно-повітряних сумішей. Новизна результатів, одержаних в дисертації, полягає в наступному. 1. Вперше обґрунтовано інтенсифікуючий вплив низькотемпературної повітряної плазми на робочий процес двопаливної камери згоряння ГТД з попереднім сумішоутворенням на основі розробленої математичної моделі фізико-хімічних процесів двофазного турбулентного горіння у низькоемісійних паливоспалюючих пристроях, яка відрізняється від відомих запропонованим кінетичним механізмом окиснення вуглеводнів з урахуванням впливу плазмохімічних продуктів на процеси активації паливно-повітряних сумішей. 2. Вперше доведено можливість підвищення ефективності процесів одночасного горіння газоподібного і рідкого палива в камері згоряння ГТД з попереднім утворенням паливно-повітряної суміші шляхом плазмохімічного впливу струмин повітряної низькотемпературної плазми на процеси прогріву крапель рідкого палива, сумішоутворення й окиснення пального. 3. Вперше експериментально отримано вольт-амперні характеристики плазмового повітряного генератора низькотемпературної плазми, призначеного для роботи в складі двопаливних камер згоряння, та визначено, що зона його стійкої роботи лежить в діапазоні струмів від 0,1 до 0,9 А при витратах плазмоутворюючого повітря до 1,6 г/с, а мінімальне значення сили струму зростає до 0,3 А при додатковій подачі розпилюючого повітря. 4. Вдосконалено метод прогнозування процесів вигоряння різних за фізичним станом вуглеводневих палив в низькоемісійних камерах згоряння ГТД, заснований на числовому моделюванні їх характеристик на основі концепції дисипації вихорів (Eddy-Dissipation-Concept), який відрізняється від відомих тим, що враховує особливості окиснення палив різного стану за допомогою детальних хімічних механізмів в умовах взаємодії зони реагування з турбулентними пульсаціями потоку. 5. Отримав подальший розвиток підхід до моделювання впливу продуктів плазмохімічного елемента на процеси поширення полум'я у паливоспалюючих пристроях, заснований на залежності енергії активації реакцій окиснення різних за фізичним станом палив від кількості добавок плазмохімічних продуктів, яка враховується у рівняннях переносу хімічних компонентів. Наукове значення роботи полягає в розширенні уявлень про фізико-хімічні механізми плазмової активації процесів горіння різних за фазовим станом палив в низькоемісійних камерах згоряння ГТД в частині впливу зменшення енергії активації результуючої реакції окиснення вуглеводнів на структуру хімічно реагуючих двофазних потоків, як наукового підґрунтя для реалізації концепції модернізації та створення двопаливних українських ГТД нового покоління. Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці практичних рекомендацій з використання двопаливних камер згоряння в енергетиці, на підставі яких розроблено конструктивну схему двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт, що працюює на газоподібному і рідкому паливах і забезпечує світові показники токсичності вихлопних газів. Запропонована тривимірна математична модель робочого процесу в двопаливній низькоемісійній камері згоряння з урахуванням впливу повітряної низькотемпературної плазми здатна прогнозувати енергетичні та емісійні характеристики найсучасніших газотурбінних двигунів. На її основі може бути проведена оптимізація параметрів камер згоряння новітніх енергетичних систем. Результати дисертаційного дослідження впроваджено при проєктуванні вітчизняних газотурбінних установок для їх подальшого використання в якості мобільних енергетичних засобів комплексного забезпечення енергією об’єктів морської інфраструктури (ДП «Дослідно-проектний центр кораблебудування» державного концерну «Укроборонпром»), при аналізі схемних рішень перспективних суднових енергетичних установок та виконанні проєктних розробок концептуальних суден (―Zaliv Ship Design‖), в навчальному процесі при підготовці здобувачів вищої освіти в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова. У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми, показано її зв’язок з науковими програми й темами, сформульовано об’єкт і предмет дослідження, мету та головні його задачі, представлено методи дослідження та обґрунтування достовірності отриманих результатів, визначено наукову новизну та практичне значення результатів роботи, відображено повноту викладення результатів у публікаціях та ступінь апробації на конференціях. У першому розділі проаналізовано сучасні методи організації робочого процесу в двопаливних камерах згоряння ГТД світових та вітчизняних виробників, особливості функціонування плазмохімічних систем та хімічної кінетики активації різних за фазовим станом палив. Виконаний аналіз літератури дозволив визначити актуальність використання плазмової активації горіння вуглеводневих палив як одного з перспективних напрямків підвищення ефективності й надійності двопаливних енергетичних систем. Другий розділ дисертації присвячено опису методології та обґрунтуванню основних методів досліджень робочих процесів в двопаливних камерах згоряння. Запропоновано для аналізу енергетичних і емісійних характеристик паливоспалюючих пристроїв використовувати основні рівняння математичної моделі турбулентного горіння рідких і газоподібних палив, моделі хімічної кінетики, що місять можливості урахування впливу низькотемпературної плазми на процеси поширення полум’я. Приведено основні рівняння математичної моделі, що описує робочий процес в турбулентній системі при спалюванні газоподібного палива. Надано опис принципової схеми експериментального стенду для проведення досліджень плазмових генераторів. Третій розділ присвячено опису розроблених математичних моделей для розрахунку двопаливної низькоемісійної камери згоряння з плазмовим супроводом. Обґрунтовано вибір тривимірної моделі континуального типу, яка здатна прогнозувати основні процеси в камерах згоряння ГТД при використанні різних за фазовим станом палив. Розроблено математичну модель плазмової активації горіння рідких та газоподібних палив в двопаливній камері згоряння. Проведено верифікацію запропонованої математичної моделі. Четвертий розділ присвячено теоретичним дослідженням характеристик двопаливної газотурбінної камери згоряння, що працює на газоподібному та рідкому паливах. Проведено тривимірні розрахунки аеродинамічної структури потоку в двопаливній низькоемісійній камері згоряння ГТД при роботі на газоподібному та рідкому паливах. Виявлено основні особливості формуванні зон зворотних течій в жаровій трубі камери згоряння на режимах холодної продувки і при підведенні пального. Проведено розрахунки різних варіантів подачі рідкого палива в двопаливну низькоемісійну камеру згоряння. Отримано розподіли температур та концентрацій токсичних компонентів на виході камери згоряння при одночасній роботі низькоемісійної камери на рідкому і газоподібному паливах при різних співвідношеннях їх витрат через канали радіально-осьових завихрювачів жарової труби. У п’ятому розділі проаналізовано стан розробки генераторів низькотемпературної плазми, призначених для активації горіння газоподібних і рідких вуглеводневих палив в камерах згоряння транспортних і стаціонарних газотурбінних двигунів. Розроблено конструктивну схему генератора низькотемпературної повітряної плазми з покращеними енергетичними характеристиками, призначеного для роботи в складі двопаливної камери згоряння. Проведено експериментальні дослідження енергетичних характеристик генератора повітряної плазми без подачі та з подачею розпилюючого повітря і води, що імітує рідке паливо. Визначено діапазон сталої роботи плазмотрону постійного току. Зона сталого горіння дуги плазмотрона знаходиться у межах сили току від 0,1 до 0,9 А, а при додатковій подачі розпилюючого повітря і води 7 мінімальне значення сили струму зростає до 0,3 А. Проведено тривимірні розрахунки характеристик двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт з плазмовим супроводом. Отримано розподіли основних параметрів по перерізах двопаливної камери згоряння з урахуванням різної кількості плазмохімічних продуктів, що подаються у первинну зону камери. Отримані результати математичного моделювання показали, що додавання плазмохімічних продуктів забезпечує зменшення концентрацій монооксиду вуглецю СО в вихідному перерізі жарової труби з 25-28 ppm до 3,9-4,6 ppm. Розроблено практичні рекомендації щодо вдосконалення конструктивної схеми двопаливної низькоемісійної камери згоряння ГТД потужністю 25 МВт виробництва ДП НВКГ ―Зоря‖-‖Машпроєкт‖ використанням плазмохімічних елементів, що дозволило забезпечити розрахункову емісію токсичних компонентів (оксидів азоту і монооксиду вуглецю) на рівні, який відповідає сучасним Європейським вимогам на викиди газотурбінних двигунів при роботі як на газоподібному, так і рідкому паливах.
Податкове стимулювання розвитку малого та середнього бізнесу
(2013) Гавриленко, Наталія; Дубовик, Ольга Юхимівна
Проведений аналіз податкового стимулювання малого та середнього бізнесу в Україні показав його неефективність, а роль податкових надходжень від таких суб'єктів у надходженнях до бюджету – незначною. Узагальнення наукових доробок у цій сфері, враховуючи позитивний досвід країн світу, дозволив запропонувати надання певних пільг для середніх і малих підприємств, що здійснюють інноваційну діяльність та знаходяться на загальній системі оподаткування. Запропоновано рекомендації щодо податкового стимулювання виробничої сфери малого і середнього бізнесу, схему взаємозв’язку інформаційного та організаційного забезпечення податкового стимулювання розвитку малого і середнього бізнесу, яка повинна сприяти впровадженню заходів зі стимулювання та контролю за їх виконанням.
Математичні моделі та інформаційна технологія для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP
(2021) Ворона, Михайло Владиславович; Vorona, M. V.; Приходько, Сергій Борисович
Ворона М.В. Математичні моделі та інформаційна технологія для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії (PhD) за спеціальністю 122 "Комп’ютерні науки" (галузь 12 – Інформаційні технології). – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Міністерство освіти і науки України, Миколаїв, 2021. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого науково-практичного завдання підвищення достовірності оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP за рахунок побудови відповідних математичних моделей у вигляді нелінійних регресійних моделей та створенню на їх основі інструментарію інформаційної технології (ІТ) обробки інформації для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP на ранніх стадіях розробки за метриками діаграми класів. Актуальність цієї роботи пов'язана з наступним. По-перше, оцінка розміру програмного забезпечення (ПЗ) необхідна для оцінювання трудомісткості розробки програмного застосунку, наприклад, за допомогою такої відомої моделі як COCOMO II. По-друге, раннє оцінювання розміру ПЗ є складним завданням, оскільки на початкових фазах створення програмного застосунку доступна обмежена інформація. По-третє, існуючі математичні моделі для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP як правило не містять у своєму складі випадкові змінні. Все це призводить до низької достовірності оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP на початкових етапах їх розробки. Метою дисертаційної роботи є підвищення достовірності оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP у фазах аналізу та проектування за метриками діаграми класів за допомогою нелінійних регресійних моделей. Робочою науковою гіпотезою дисертаційного дослідження є твердження, що підвищення достовірності оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP у фазах аналізу та проектування за метриками діаграми класів досягається за рахунок застосування багатомірних нелінійних регресійних моделей, які дозволяють описувати зазначений розмір як випадкову величину. Для побудови вказаних нелінійних регресійних моделей пропонується використовувати відповідний метод на основі багатовимірних нормалізуючих перетворень, які дозволяють враховувати кореляцію між залежною і незалежними змінними. Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити такі завдання: проаналізувати існуючі математичні моделі для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP; удосконалити трьох-факторну регресійну модель для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP за метриками діаграми класів на основі чотиривимірного нормалізуючого перетворення; удосконалити рівняння для визначення ширин довірчого інтервалу та інтервалу передбачення нелінійної регресії розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP за метриками діаграми класів на основі чотиривимірного нормалізуючого перетворення; на підставі запропонованої трьох-факторної нелінійної регресійної моделі розробити інструментарій інформаційної технології для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP за метриками діаграми класів. Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному. 1) Удосконалено трьох-факторне рівняння нелінійної регресії для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP на початкових етапах розробки в залежності від трьох факторів (кількості класів; середньої кількості методів на клас, середнього значення метрики DIT на клас) на основі чотиривимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сім’ї SB. Це дозволяє підвищити достовірність оцінювання вибіркового середнього залежної змінної трьох-факторної нелінійної регресії розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP у порівнянні з використанням одновимірних нормалізуючих перетворень. Рівняння, що побудовано, в порівнянні з іншими регресійними рівняннями, має менше значення середньої величини відносної похибки та менші ширини довірчого інтервалу нелінійної регресії. 2) Отримало подальший розвиток рівняння для визначення границь довірчого інтервалу нелінійної регресії розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP на основі чотиривимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сім’ї SB. Це у порівнянні з використанням одновимірних перетворень дозволяє в багатьох випадках зменшити ширини довірчого інтервалу нелінійної регресії розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP і тим самим підвищити достовірність оцінювання вибіркового середнього залежної змінної нелінійної регресії, а саме – зазначеного розміру. 3) Удосконалено трьох-факторну нелінійну регресійну модель для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP в залежності від кількості класів; середньої кількості методів на клас та середнього значення метрики DIT на клас на основі чотиривимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сім’ї SB, що дозволяє підвищити достовірність оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP саме як негаусівської випадкової величини у порівнянні з використанням одновимірних нормалізуючих перетворень. Модель, що побудовано, в порівнянні з іншими регресійними моделями (як лінійними, так і нелінійними), має більший відсоток прогнозованих значень, менше значення середньої величини відносної похибки та менші ширини інтервалу передбачення нелінійної регресії. 4) Отримало подальший розвиток рівняння для визначення границь інтервалу передбачення трьох-факторної нелінійної регресії розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP на основі чотиривимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сім’ї SB. Це у порівнянні з використанням одновимірних перетворень дозволяє в багатьох випадках зменшити ширини інтервалу передбачення нелінійної регресії розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP і тим самим підвищити достовірність оцінювання зазначеного розміру як залежної випадкової величини. Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному. Розроблено інструментарій ІТ для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP у фазах аналізу та проектування за метриками діаграми класів. Для цього використовувалася система моделювання Scilab (https://www.scilab.org/). Було розроблено відповідне ПЗ sci-мовою для пакету Scilab 6.0.0 та методику оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP, яка розрахована на використання зазначеного ПЗ. Програму, що розроблено, можна використовувати для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP за трьома метриками діаграми класів. У вступі дисертації розкрита сутність науково-практичного завдання та його значущість, обґрунтовано необхідність проведення дослідження, подана загальна характеристика дисертації в такій послідовності: актуальність теми; зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мета і завдання дослідження; наукова новизна і практичне значення одержаних результатів; особистий внесок здобувача; апробація результатів дисертації та публікації. У першому розділі дисертації виконано аналіз існуючих методів і моделей для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP та здійснено обґрунтування необхідності проведення досліджень за обраною темою. У другому розділі дисертації розглянуто існуючі взаємо-зворотні нормалізуючі перетворення, здійснено вибір перетворення для нормалізації чотиривимірних даних з метрик програмних застосунків з відкритим кодом на PHP. У третьому розділі дисертації побудовано трьох-факторне нелінійне регресійне рівняння, нелінійну регресійну модель, інтервали передбачення та довірчі інтервали нелінійної регресії для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP на основі чотиривимірного перетворення Джонсона сімейства SB; здійснено порівняння результатів оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP за нелінійними регресійними моделями, що побудовані на основі чотиривимірного перетворення Джонсона сімейства SB та на основі одновимірних перетворень. У четвертому розділі дисертації запропоновано ІТ для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP. Розроблено інструментарій ІТ для оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP у фазах аналізу та проектування за трьома метриками діаграми класів. Для цього використовувалася система моделювання Scilab. Було розроблено відповідне ПЗ sci-мовою для пакету Scilab 6.0.0 та методику оцінювання розміру програмних застосунків з відкритим кодом на PHP, яка розрахована на використання зазначеного ПЗ.
Психологічні особливості розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів
(2019) Мухіна, Л. М.; Mukhina, L. M.; Савенкова І. І.
Мухіна Л. М. Психологічні особливості розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата психологічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 19.00.07 «Педагогічна та вікова психологія» (053 – Психологія). – Миколаївський національний університет імені В. О. Сухомлинського, Миколаїв, 2019. Дисертаційне дослідження виконано в межах науково-дослідної роботи кафедри психології Миколаївського національного університету ім. В. О. Сухомлинського (2015–2017 рр.) «Концептуальні засади розвитку особистості» (державний реєстраційний номер 0112U005123), (2015–2017 р.) «Психолого-педагогічні засади становлення професійної суб’єктності» (державний реєстраційний номер 0115U001209) та (2016–2019 рр.) «Хронопсихологічне прогнозування особливостей розвитку та психосоматичного стану осіб з особливими потребами» (державний реєстраційний номер 0116U005588). У дисертації систематизизовано та узагальнено сучасні підходи до визначення поняття конфліктологічної компетеності учителя, здійснено теоретичне обґрунтування структури вказаного феномену та розроблено модель конфліктологічної компетентності майбутнього учителя. Встановлено, що конфлікт є невід’ємною складовою й об’єктивним явищем міжособистісної комунікації. На законодавчому рівні визначено необхідність формування конфліктологічної компетентності особистості. Конфліктологічна компетентність майбутнього учителя є багатовимірним феноменом та вивчається як структурний компонент комунікативної компетентності; сукупність якостей особистості, що забезпечують успішне виконання професійних функцій; складова соціальнопсихологічної компетентності; складова професійної компетентності; умова успішної адаптації на майбутньому робочому місці; спеціальна компетентність. Конфліктологічну компетентність майбутнього учителя визначено як складову частину його професійної компетентності, здатність педагога використовувати спеціальні психологічні знання, уміння та навики поводження у конфліктних ситуаціях та здатність до попередження цих ситуацій. З’ясовано, що особливого значення конфлікти набувають в освітянській сфері. Найголовнішими причинами педагогічних конфліктів є: події у державі, суспільстві, які прямо або опосередковано впливають на діяльність педагогічного колективу; недосконалість навчально-виховного процесу, нерівномірний або несправедливий розподіл навчального навантаження, недостатнє оснащення навчальних кабінетів, застаріле технологічне забезпечення, порушення трудового законодавства, часта зміна керівництва, розподілом ресурсів (виплата заробітної плати); задоволеності потреб конкретної особистості. Серед ймовірних причин педагогічних конфліктів зазначаються: індивідуально-психологічні властивості учасників, низька культура спілкування, гендерні та вікові відмінності. Специфіка педагогічних конфліктів у порівнянні з іншими конфліктами, які виникають у міжособистісній взаємодії, полягає у жорсткій конкуренції; падінні престижу педагогічної професії у суспільстві; негативних наслідках, котрі проявляються у результатах навчання; відмінностях у соціальному статусі (учитель–учень) та життєвому досвіді учасників; високій емоцiйності; «педагогічному стереотипі»; високій особистісній тривожності педагога. Особливостями конфліктологічної компетентності майбутнього учителя виділено: гнучкість спілкування, розвинений емоційний інтелект, позитивна активна життєва позиція, комунікативна толерантність, ініціативність у переосмисленні попереднього досвіду та здатність до засвоєння нових знань, мотивація до досягнення конструктивних рішень. Представлено модель конфліктологічної компетентності майбутнього учителя, яка представлена структурними компонентами, критеріями та функціями, які у свою чегру є взаємопов’язаними та взаємодовнюваними. Структурними компонентами конфліктологічної компетентності майбутнього учителя є: когнітивний (знання про конфлікт та шляхи його подолання); особистісний (цінності, інтереси, потреби, настанови); емоційно-мотиваційний (емоційний інтелект, мотиви поведінки); регулятивно-поведінковий (стиль поведінки у конфлікті, асертивна поведінка). Критеріями, що визначають конфліктологічну компетентність майбутнього учителя є: комунікативно-організаційний, діяльнісний, суб’єктивноособистісний, регулятивно-когнітивний. Повнота прояву кожного із цих критеріїв визначає рівень сформованості конфліктологічної компетентності майбутнього учителя. У процесі міжособистісної взаємодії конфліктологічна компетентність майбутнього учителя виконує наступні функції: мобілізаційну, ціннісну, інтегративну, інформаційну, прогностичну, рефлексивну та регулятивну. Висвітлено організаційно-методологічні засади та етапи емпіричного дослідження конфліктологічної компетентності студентів освітнього степеня «магістр» – майбутніх учителів. У результаті емпіричного дослідження визначено, що у респондентів наявні «перешкоди» у встановленні емоційних контактів. Найяскравіше вираженою «перешкодою» виявився неадекватний прояв емоцій. Таким чином, встановлено, що опитані респонденти не мають досить розвиненого емоційного інтелекту. Вони найчастіше використовують наполегливість у якості провідної стратегії поведінки у конфлікті. Проте, найкраще себе почувають використовуючи стратегію уникнення конфлікту, а найменший показник комфорту зафіксований за стратегією співробітництва. Такий результат є свідченням того, у респондентів недостатньо сформовані навички асертивної поведінки. Таким чином, серед учасників дослідження найбільш вираженими виявилися індивідуалістичні стратегії поведінки у конфлікті (витрачання психічної енергії задля досягнення власних цілей, або не використаня її взагалі та уникнення конфліктної взаємодії), а стратегії, котрі направлені на соціальну взаємодію (досягнення компромісу та знаходження спільного вектору співпраці) виражені менш помітними. Вираженість якоїсь найбільш ефективної стратегії поведінки у конфлікті не зафіксовано. Визначено, що у респондентів ще не сформований свій власний стиль поведінки у конфлікті та не має визначеного орієнтиру у виборі найбільш екологічної стратегії поведінки у конфлікті. Теоретично обґрунтовано та розроблено концептуальну модель й апробовано програму розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів. Представлена концептуальна модель розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів включає три блоки: 1) теоретико-методологічний, 2) процесуальний, 3) результативний, взаємодія яких відображає етапність даного процесу та зв’язок усіх його складових. Програма розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів складається з двох частин: факультативного спецкурсу «Конфліктологічна компетентність» та тренінг курсу «Конфліктологічна компетентність вчителя». Метою програми розвитку конфліктологічної компетентності є розвиток та підвищення рівня конфліктологічної компетентності за наступними критеріями: комунікативно-організаційний, діяльнісний, суб’єктивно-особистісний, результативно-конгітивний шляхом розвитку здатності до рефлексії та емпатії, здатності до розуміння емоцій та їх управління (як власних, так і інших людей), здатності до асертивної поведінки. За результатами формувального експерименту зафіксовано зміни усіх вимірювальних показників серед учасників експериментальної групи № 1 та експериментальної групи № 2 у порівнянні з представниками контрольної групи, де зрушення, котрі фіксувалися, були малопомітними та не досить значними. Також, слід звернути увагу на те, що серед учасників експериментальної групи № 2 ми зафіксували більш суттєві зрушення вимірювальних показників, ніж в учасників експериментальної групи № 1. Це дає нам змогу говорити про дієвість запропонованої програми розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів. Визначено, що тренінгові заняття з використанням ситуаційних завдань сприяють розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів. Під час тренінгу можливо змоделювати конфліктну ситуацію та навчитися конструктивній поведінці, проте, у реальному житті ситуація може бути відмінною. У реальному житті під час конфліктної взаємодії на поведінку людини значним чином впливають стереотипи, які керують поведінкою людини на несвідомому рівні. Для успішного процесу розвитку конфліктологічної компетентності серед студентів важливим є усвідомлення конфліктної поведінки та можливість її передбачення та попередження. Загальною рекомендацією при впровадженні програми розвитку конфліктологічної компетентності майбутніх учителів є врахування індивідуально-психологічних особливостей особистості, які мають місце у процесі міжособистісної комунікації.
Математичні моделі для оцінювання трудомісткості робіт при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден
(2021) Кудін, О. О.; Kudin, O. O.; Приходько С. Б.
Кудін О. О. Математичні моделі для оцінювання трудомісткості робіт при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден. – Кваліфікаційна наукова робота на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.22 «Управління проектами і програмами» – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Міністерство освіти і науки України, Миколаїв, 2021. В наш час спостерігається суттєве скорочення тривалості проектування і виготовлення продукції у всіх галузях промисловості, зокрема у суднобудуванні. Однією з причин такого явища є використання сучасних інформаційних та комп’ютерних технологій при проектуванні і виготовлені промислових виробів. Зокрема, впровадження сучасних технологій в процеси проектування суден суттєво скоротило трудомісткість і, відповідно, час виконання проектів розробки конструкторської документації суден. Але при цьому ускладняється вирішення задачі достовірного оцінювання трудомісткості робіт при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації. Отже, скорочення трудомісткості, в свою чергу, робить актуальною задачу підвищення достовірності оцінювання трудомісткості робіт на всіх етапах виконання проектів розробки конструкторської документації суден. Вирішення цієї задачі ускладняється впливом випадкових непередбачуваних факторів на трудомісткість проектів розробки конструкторської документації суден. У дисертації вирішено актуальну науково-прикладну задачу підвищення достовірності оцінювання трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації суден в умовах впливу випадкових непередбачуваних факторів завдяки побудові математичних моделей трудомісткості робіт на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB. Такі математичні моделі дозволяють в подальшому підвищити достовірність оцінювання тривалості робіт при управлінні часом в проектах розробки конструкторської документації суден. Перевага запропонованого рішення полягає у тому, що оцінювання трудомісткості робіт проводиться на основі статистичних даних виконаних проектів розробки конструкторської документації суден на відміну від існуючих методів і моделей оцінювання трудомісткості, основаних на власному досвіді менеджерів проектів. При проведенні дослідження виконано аналіз процесів управління часом проектів розробки конструкторської документації суден у суднобудівних конструкторських бюро та визначено, що трудомісткість робіт є базовою величиною при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації. З’ясовано, що на практиці оцінювання трудомісткості робіт виконується менеджерами проектів на основі власного досвіду. Але менеджери проектів не завжди мають достатній досвід проектування конкретних типів суден. Це є однією з причин низької достовірності оцінювання трудомісткості робіт і, відповідно, викликає перевищення контрактних строків виконання проектів. Проведено аналіз існуючих методів і моделей для оцінювання трудомісткості робіт при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден. З’ясовано, що відомі методи і моделі оцінювання трудомісткості робіт використовують оцінки, які призначаються здебільшого однією людиною і іноді можуть бути помилковими. Тому пропонується оцінювати трудомісткість розробки конструкторської документації суден з використанням статистичних даних виконаних проектів шляхом побудови рівнянь нелінійної регресії та нелінійних регресійних моделей трудомісткості робіт. Виконано формалізацію задач дисертаційного дослідження та основних напрямків їх вирішення, а саме: вибрати нормалізуючі перетворення для нормалізації двовимірного негаусівського вектору трудомісткості робіт; побудувати математичні моделі для трансформованого еліпсу передбачення на основі вибраного нормалізуючого перетворення для видалення двовимірних викидів даних з двовимірного негаусівського вектору трудомісткості робіт; побудувати рівняння нелінійної регресії трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації секцій корпусів суден в залежності від маси цих секцій на основі вибраного нормалізуючого перетворення; побудувати нелінійну регресійну модель трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації секцій корпусів суден в залежності від маси цих секцій на основі вибраного нормалізуючого перетворення; розробити методику оцінювання середньої трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації суден та її застосування при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден; розробити методику оцінювання трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації суден, як випадкової величини, та її застосування при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден. В результаті проведених досліджень вперше побудовано негаусівську ймовірнісну модель трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації секцій корпусів суден та маси цих секцій на основі функції щільності ймовірності двовимірного розподілу Джонсона сімейства SB. Ця модель дозволяє врахувати реальний характер розподілу двовимірних емпіричних даних і кореляцію між ними та провести кращу нормалізацію емпіричних даних в порівнянні з наявними моделями, побудованими на основі щільностей одновимірних розподілів. Використання означеної моделі дозволяє надалі підвищити достовірність оцінювання трудомісткості робіт та, відповідно, достовірність оцінювання часу виконання робіт. Удосконалено рівняння трансформованого еліпсу передбачення для двовимірного негаусівського вектору трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації секцій корпусів суден та маси цих секцій на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB. Це дозволяє визначити наявність двовимірних викидів у подібних наборах негаусівських даних без припущення про їх нормальний розподіл і, в подальшому, підвищити достовірність оцінювання трудомісткості та, відповідно, тривалості робіт з розробки конструкторської документації секцій корпусів суден. Побудовано рівняння нелінійної регресії для оцінювання трудомісткості робіт із розробки конструкторської документації секцій корпусів суден в залежності від маси цих секцій на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB та довірчі інтервали і інтервали передбачення нелінійної регресії. Це дозволяє підвищити достовірність оцінювання середньої трудомісткості робіт та, відповідно, середнього часу виконання робіт. Побудовано нелінійну регресійну модель для оцінювання трудомісткості робіт із розробки конструкторської документації секцій корпусів суден на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB. Використання цієї регресійної моделі дозволяє підвищити достовірність оцінювання трудомісткості робіт та відповідного часу виконання робіт з розробки конструкторської документації. Проведено порівняння результатів побудови рівняння нелінійної регресії та нелінійної регресійної моделі для оцінювання трудомісткості робіт на основі двовимірного перетворення Джонсона сімейства SB з результатами побудови нелінійної регресії для оцінювання трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації секцій корпусів суден на основі одновимірних нормалізуючих перетворень. Виявлено, що використання двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона покращує критерії якості нелінійної регресії MMRE та Pred(0,25) у порівнянні з використанням одновимірних нормалізуючих перетворень. Удосконалено рівняння нелінійної регресії та границь її довірчого інтервалу на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB для оцінювання трудомісткості робіт із розробки конструкторської документації секцій корпусів суден, що дозволяє підвищити достовірність оцінювання вибіркового середнього трудомісткості робіт в залежності від маси цих секцій у порівнянні з відповідними рівняннями, що отримані за одновимірними нормалізуючими перетвореннями. Удосконалено рівняння границь інтервалу передбачення нелінійної регресії на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB для оцінювання трудомісткості робіт із розробки конструкторської документації секцій корпусів суден, що дозволяє зменшити ширину зазначеного інтервалу у порівнянні з відповідними рівняннями, що отримані за одновимірними нормалізуючими перетвореннями. В результаті зменшення ширини інтервалу передбачення підвищується достовірність оцінювання трудомісткості робіт з розробки конструкторської документації і, відповідно, часу виконання цих робіт. Розроблено методику оцінювання середньої трудомісткості робіт при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден з використанням нелінійної регресійної моделі трудомісткості робіт та довірчих інтервалів, побудованих на основі двовимірного перетворення Джонсона сімейства SB, наведено приклад її використання. Розроблено методику для оцінювання трудомісткості робіт, як випадкової величини, при управлінні часом проектів розробки конструкторської документації суден з використанням нелінійної регресійної моделі трудомісткості робіт і інтервалів передбачення нелінійної регресії, побудованих на основі двовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона сімейства SB, та наведено приклад її використання. Наведено опис використання розроблених методик оцінювання трудомісткості робіт для оцінювання середньої трудомісткості робіт за методом PERT.
Ефективність роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом перетворення руху
(2021) Митрофанов, О. С.; Mytrofanov, Oleksandr S.; Тимошевський Б. Г.
Митрофанов О. С. Ефективність роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом перетворення руху. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки (Технічні науки). – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Міністерство освіти і науки України, Миколаїв, 2021. Науково-прикладною проблемою, яка вирішується у дисертаційній роботі, є підвищення ефективності застосування енергетичного потенціалу стиснутого робочого тіла шляхом раціональної організації робочого процесу перетворення потенційної енергії в механічну роботу, а саме забезпечення збільшення повноти розширення, зменшення зворотного стиснення та газодинамічних втрат робочого тіла у машинах об’ємної дії в енергетичних установках на їх базі. Необхідність зниження енергетичних витрат установок, що використовують потенційну енергію стиснутого робочого тіла, визначає запит практики, спрямований на підвищення ефективності перетворення енергії шляхом розробки та впровадження в промисловість нових енергоефективних машин об’ємної дії. Крім того, розробка нових двигунів дозволить задовольнити специфічні експлуатаційні вимоги нових сучасних напрямків застосування, а також забезпечити зниження масогабаритних показників, надійність та працездатність на всіх експлуатаційних режимах незалежно від умов експлуатації. Згідно із запитом практики визначена мета дослідження дисертаційної роботи – підвищення ефективності використання низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в машинах об’ємної дії при перетворенні у механічну роботу в енергетичних установках. Робочою науковою гіпотезою наукового дослідження є твердження, що підвищення ефективності перетворення низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в механічну роботу в машинах об’ємної дії досягається поєднанням переваг організації робочого процесу ротаційних та поршневих двигунів (регулювання початку і тривалості процесу наповнення, збільшення повноти розширення робочого тіла, зниження мертвого об’єму та газодинамічних втрат при газообміні) шляхом нових конструктивних рішень (поєднання зворотно-поступального руху поршня при одночасному його обертанні разом з ротором). Для підвищення ефективності процесу перетворення низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла при розширенні в машинах об’ємної дії пропонується використати ідею поєднання конструкцій руху ведучої ланки ротаційних (обертовий рух) та поршневих (зворотнопоступовий рух) двигунів, що забезпечить урахування переваг й особливостей організації робочих процесів двох різних типів двигунів. Об’єктом дослідження є процеси перетворення енергії в роторно-поршневих двигунах об’ємної дії. Предметом дослідження є параметри, характеристики та закономірності процесів перетворення енергії, які відбуваються у роторно-поршневих двигунах об’ємної дії. Задачі наукового дослідження 1. Аналіз процесів, технічного рівня, умов експлуатації, переваг і недоліків застосування, особливостей конструкції машин об’ємної та динамічної дії, що випускаються серійно, а також можливих перспективних видів з метою виявлення резервів і напрямків підвищення їх ефективності. 2. Створення фізичної моделі підсистеми ЕУ з використання стиснутого робочого тіла та її елементів на базі дослідного зразка роторно-поршневого двигуна із шарнірно-кулачковим механізмом руху, а також розробка програми проведення експериментальних досліджень процесів у них і параметрів роботи. 3. Визначення експериментальним шляхом закономірностей зміни енергетичних та економічних показників роботи роторно-поршневого двигуна із шарнірно-кулачковим механізмом руху, а також дослідження впливу на них експлуатаційних параметрів двигуна (обертів і робочого тиску) й регулювання тривалості процесу наповнення. 4. Удосконалення математичної моделі робочого циклу машин об’ємної дії, що передбачає врахування впливу особливостей поєднання переваг організації робочого процесу ротаційних і поршневих двигунів через конструкцію механізму руху та газообміну. 5. Виявлення закономірностей взаємного впливу конструктивних (діаметр робочого циліндра, хід поршня, відносний мертвий об’єм), експлуатаційних (оберти й робочий тиск) і регулюючого (ступеня наповнення робочого циліндра) параметрів на індикаторні показники роботи при перетворенні низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в роторно-поршневих двигунах об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху. 6. Синтез нових науково обґрунтованих схемних рішень енергетичних установок різного призначення на базі роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом руху та дослідження показників ефективності перетворення низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в двигунах залежно від умов їх експлуатації. 7. Розробка загальних основ конструювання й проектування роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом руху, а також відповідних рекомендацій щодо стендових та контрольних випробувань і тривалості проведення обкатки. 8. Апробація та впровадження результатів наукового дослідження ефективності роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом руху енергетичних установок з машинами об’ємної дії. У вступі подана загальна характеристика дисертації, а саме обґрунтована актуальність наукового дослідження, сформульовані мета й головні задачі, визначені об’єкт та предмет. Викладені наукова новизна й практична цінність одержаних результатів дослідження, а також зазначений особистий внесок здобувача, наведені дані щодо апробації результатів роботи та публікацій за темою наукового дослідження. У першому розділі проаналізовано конструкцію, принцип роботи та сфери використання різних типів серійних двигунів об’ємної та динамічної дій, що дозволило виділити ряд експлуатаційних переваг і недоліків їх застосування у різних сферах промисловості. Проведено аналіз можливих альтернативних машин об’ємної дії та конструктивних ідейних рішень у них. Виділено основні переваги й недоліки цих рішень, пов’язаних з експлуатацією і технологією виготовлення. Виявлено значний вплив конструктивного виконання та організації робочого процесу в двигунах на ефективність перетворення потенційної енергії стиснутого робочого тіла. Визначено перспективність розробки нових енергоефективних машин об’ємної дії для комплексного вирішення науково-прикладної проблеми ефективності використання енергетичних ресурсів, що є актуальною та пріоритетною проблемою в енергетиці. У другому розділі розроблена загальна методологія проведення дисертаційної роботи, яка відображена у вигляді технологічної карти наукового дослідження. На основі запиту практики визначені мета дисертації та її робоча гіпотеза, а також виділені задачі дисертаційної роботи. Розглянуті основні методи й загальна методика дослідження дослідного зразка роторно-поршневого двигуна об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху, що відповідають задачам дисертації та є загальноприйнятими й дозволили отримати достовірні та достатньо точні результати. Засобами досягнення поставленої мети наукового дослідження є теоретичні та експериментальні методи дослідження. Відповідно до цілей роботи сформульовано задачі експериментального дослідження й обрано методи проведення цього дослідження, що дозволили перевірити адекватність математичної моделі робочого циклу роторно-поршневого двигуна, а також експериментально встановити вплив основних параметрів, режимів роботи та інших факторів на ефективність перетворення енергії стиснутого робочого тіла. З теоретичних методів дослідження в роботі широко застосовувався метод математичного моделювання. Сформульовано основні вимоги до математичної моделі робочого циклу роторно-поршневого двигуна об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху. У третьому розділі наведені опис конструкції дослідного зразка роторно-поршневого двигуна об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху 12РПД 4,4/1,75, методика проведення його науково-дослідних випробувань, відомості про експериментальний стенд, система вимірювання та реєстрації отриманих результатів. Крім того, у розділі подані основні результати експериментальних досліджень роторно-поршневого двигуна об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху та їх аналіз: дослідження параметрів робочого циклу; режимів роботи й особливостей експлуатації та обслуговування; визначення впливу параметрів робочого циклу на енергетичні й економічні показники двигуна. У четвертому розділі обґрунтовані вимоги та розроблена математична модель робочого циклу роторно-поршневого двигуна об’ємної дії із шарнірнокулачковим механізмом руху, яка враховує особливості кінематики двигуна, а також, базуючись на отриманих експериментальних даних, виконана оцінка адекватності моделі. Виконані дослідження впливу конструктивних параметрів роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху на ефективність перетворення потенційної енергії стиснутого робочого тіла у робочому циліндрі. У п’ятому розділі виконані аналіз та узагальнення результатів дослідження ефективності використання роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху в існуючих і перспективних енергетичних установках різного призначення. Наведено порівняння параметрів двигунів різних типів з роторно-поршневими, а також доведено ефективність та перспективність застосування нових двигунів у порівнянні із серійними машинами об’ємної дії. Досліджено можливість використання роторно-поршневих двигунів у транспортних енергетичних установках, газотранспортних і газорозподільних системах, енергетичних установках акумулювання надлишкової електричної енергії, виробленої з відновлювальних джерел енергії, в енергетичних установках отримання та безпечного акумулювання водню із сірководню Чорного моря, а також енергетичних установках з ДВЗ як утилізатора енергії відпрацьованих газів. У шостому розділі подані результати реалізації наукового дослідження в практику проектування та створення роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху. Наведено загальні основи конструювання та компонування елементів роторно-поршневих двигунів різного призначення, розглянуто питання щодо загального компонування двигуна й схеми підведення повітря, конструювання основних вузлів та деталей, вибору схеми механізму руху, а також особливостей ущільнення. Подано практичні рекомендації щодо технології виготовлення та збирання основних складальних вузлів і деталей. Наведена реалізація результатів наукового дослідження роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірнокулачковим механізмом руху на об’єктах промисловості. Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що для підвищення ефективності застосування низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в машинах об’ємної дії при перетворенні у механічну роботу в енергетичних установках: 1) уперше експериментально й теоретично доведено, що збільшення повноти розширення та зменшення зворотного стиснення і газодинамічних втрат низькопотенційного робочого тіла досягаються використанням у роторно-поршневих двигунах об’ємної дії для перетворення поступального руху поршня в обертальний рух ротора шарнірно-кулачкового механізму, а також регулюванням тривалості процесу наповнення, що, відповідно, дозволяє зменшити питому масу на 17…50 %, збільшити відношення пускового крутного моменту до номінального до 11 %, а також зменшити питому витрату робочого тіла (енергії) на 15…24 % у порівнянні із серійними поршневими машинами об’ємної дії із золотниковим газорозподілом, які застосовують як механізм руху кривошипно-шатунний механізм; 2) уперше визначено та експериментально підтверджено, що більш ефективним підходом до регулювання навантаження роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом руху є регулювання тривалості процесу наповнення (за рахунок зміни фаз газообміну), збільшення якого у 1,43…2,45 рази забезпечує підвищення ефективної потужності у 1,10…1,91 рази, а раціональне співвідношення заданої потужності двигуна, його робочого тиску та ступеня наповнення (у межах 0,2…0,4) дає змогу покращити процес перетворення низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в механічну роботу й забезпечити зниження питомої ефективної витрати робочого тіла до 10,1 %; 3) уперше експериментально визначено вплив тривалості процесу наповнення робочого циліндра на значення тиску відпрацьованого повітря у випускному колекторі роторно-поршневого двигуна із шарнірно-кулачковим механізмом руху та встановлено, що зменшення ступеня наповнення у 1,43…2,45 рази знижує тиск відпрацьованого повітря у 1,16…2,16 рази, тим самим зменшуючи газодинамічні втрати на випуску; 4) уперше експериментально визначено, що організація процесу газообміну (зміна початку та кінця процесів впуску і випуску) за рахунок використання шарнірно-кулачкового механізму руху в умовах робочого тиску 0,4…0,8 МПа забезпечує діапазон зміни тиску відпрацьованого повітря у випускному колекторі роторно-поршневого двигуна на рівні 0,010…0,075 МПа, що не перевищує та є значно нижчим від допустимих значень (0,105…0,120 МПа) для машин об’ємної дії; 5) уперше експериментально визначено діапазон максимального падіння температури повітря від початкового значення зберігання до кінцевого на випуску з роторно-поршневого двигуна із шарнірно-кулачковим механізмом руху для робочого тиску 0,4…0,8 МПа, який складає 35…43 К, а також установлено вплив обертів двигуна на зниження температури повітря при дроселюванні та розширенні у робочому циліндрі (збільшення обертів у 2,35 разів збільшує падіння температури при дроселюванні в 1,23 рази, при цьому зміна температури при розширенні, залежно від обертів, не перевищує 4,5 %), що дало змогу оцінити ефективність і працездатність двигуна за умов від’ємних температур зберігання робочого тіла (–5…–20 оС); 6) уперше для роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху методом фізичного й математичного моделювання для різних експлуатаційних параметрів (оберти і робочий тиск) установлено вплив конструктивних параметрів, таких, як діаметр робочого циліндра, хід поршня, відносний мертвий об’єм (зменшення відношення ходу поршня до діаметра робочого циліндра у 1,5 рази знижує питому індикаторну витрату робочого тіла до 60,8 % при одночасному незначному зниженні потужності двигуна до 8,0 %, а зменшення відносного мертвого об’єму в 1,25 рази знижує питому індикаторну витрату робочого тіла до 27,7 % та збільшує потужність двигуна до 28,2 %) на зміну показників їх роботи при перетворенні потенційної енергії стиснутого робочого тіла в механічну роботу. Набуло подальшого розвитку теоретичні основи конструювання й проектування роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху за рахунок розробки загального компонування двигуна, схеми підведення робочого тіла та конструкції основних вузлів і деталей, а також вибору способу ущільнення та конструктивного виконання механізму руху, що спрямовано на спрощення виготовлення, збирання, а також поліпшення експлуатації й обслуговування. Удосконалено: метод визначення необхідної кількості теплоти для підігріву стиснутого робочого тіла на вході у впускний ресивер роторно-поршневого двигуна за рахунок отриманої експериментальної залежності зміни падіння температури відпрацьованого повітря від обертів і тиску у впускному ресивері за умов забезпечення допустимого значення температури відпрацьованого робочого тіла на виході (встановлена мінімально допустима температура зберігання робочого тіла, за якої ще можлива робота двигуна без підігріву та яка складає 0…–5 оС); кінематику механізму руху роторно-поршневого двигуна об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху за рахунок визначення геометричного зв’язку між ходом поршня двигуна, довжиною ланки рухомого чотирикутника та кутом між ланками, що дозволило отримати залежності для визначення переміщення, швидкості й прискорення поршня залежно від кута повороту ротора. Базуючись на отриманих наукових результатах, сформульовано нові наукові положення. 1. Поєднання переваг організації робочого процесу ротаційних і поршневих двигунів шляхом застосування шарнірно-кулачкового механізму руху в роторно-поршневих двигунах об’ємної дії забезпечує регулювання процесу наповнення, збільшення повноти розширення робочого тіла, зменшення зворотного стиснення, а також відсутність мертвого об’єму, що сприяє підвищенню в 1,18…1,32 рази ефективності перетворення низькопотенційної енергії робочого тіла (витрата повітря на 1 кВт потужності) без попереднього його підігріву в порівнянні із серійними поршневими машинами об’ємної дії із золотниковим газорозподілом та кривошипно-шатунним механізмом руху. 2. Шарнірно-кулачковий механізм руху з відношенням ходу поршня до діаметра робочого циліндра менше одного дає змогу здійснювати два робочих цикли за один оберт ротора, регулювати ступінь наповнення, а також рівномірне розміщення циліндрів по всій довжині ротора в роторно-поршневих двигунах об’ємної дії, забезпечує компактність та знижує питому масу двигуна у 1,2…2,0 рази у порівнянні із серійними поршневими машинами об’ємної дії з кривошипно-шатунним механізмом руху. 3. Шарнірно-кулачковий механізм руху й система газорозподілу з можливістю регулювання ступеня наповнення робочого циліндра, що на ньому базується, забезпечують практично відсутність відносного мертвого об’єму (значення εо не перевищує 0,015 та обумовлене лише технологічними зазорами) й збільшують відношення пускового крутного моменту до номінального до 1,11 рази у порівнянні із серійними поршневими машинами об’ємної дії із золотниковим газорозподілом і кривошипно-шатунним механізмом руху. Наукове значення отриманих результатів полягає у розвитку основ та принципів перетворення низькопотенційної енергії стиснутого робочого тіла в механічну роботу за рахунок поєднання особливостей і переваг організації робочого процесу різних типів двигунів, що є теоретичною базою для реалізації концепції підвищення ефективності машин об’ємної дії. Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що розроблено: новий напрям у конструюванні та проектуванні двигунів об’ємної дії, технології виготовлення й збирання основних складальних вузлів та деталей роторно-поршневих двигунів із шарнірно-кулачковим механізмом руху; рекомендації щодо вибору необхідних матеріалів для виготовлення деталей роторно-поршневого двигуна, а також установлення необхідного зазору між сполучними парами з урахуванням робочої температури деталей; метод і програму проведення експериментальних досліджень експлуатаційних режимів та робочих процесів роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху; програму проведення стендових випробувань роторно-поршневих двигунів при серійному виробництві, а також послідовність і тривалість проведення обкатки та контрольних випробувань; рекомендації щодо розвитку теорії розрахунку робочого циклу машин об’ємної дії, що стосуються врахування особливостей кінематики шарнірно-кулачкового механізму руху; схемні й технічні рішення енергетичних установок на базі роторно-поршневих двигунів об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху. Упровадження результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи пройшли апробацію і були використані на машинобудівному підприємстві «Мотор-Плюс» (м. Миколаїв) при проектуванні та реалізації проектів енергетичних установок з роторно-поршневими двигунами об’ємної дії із шарнірно-кулачковим механізмом руху різного призначення згідно з вимогами замовника; на Машинобудівному підприємстві «МОТОРСЕРВІСПРОМ» (м. Миколаїв) при виконанні проектних робіт і оцінці енергетичних й економічних показників серії пневмодвигунів (12РПД 44/1,75; 20РПД 4,5/1,75; 20РПД 3,0/1,15); на підприємстві «ТЕПЛОМАШПРОГРЕС» (м. Миколаїв) при модернізації пневматичного приводу суднового крана з вантажопідйомністю до 1000 кг; при розробці проектної документації вібраційного живильника для випуску і доставки руди на підприємстві «БІЗНЕС-СЕРВІС-БЮРО» (Миколаївська обл.); на підприємстві «ШИПСЕРВІС» (м. Миколаїв) при розробці проекту та проведенні модернізації платформного електричного візка ЕТ-2054 (електрокар) вантажопідйомністю 2 т на пневматичний привід; у підготовці технічної документації з модернізації виробничого обладнання підприємствами «АВИАФИНСЕРВИС» (м. Миколаїв) і «Енерготехнологія» (Миколаївська обл.); у навчальному процесі кафедри ДВЗ У та ТЕ при підготовці бакалаврів і магістрів Національного університету кораблебудування ім. адм. Макарова в курсах лекцій, при проведенні практичних, індивідуальних та лабораторних занять з дисциплін «Двигуни нетрадиційних схем», «Суднові допоміжні механізми», а також при виконанні розрахункових завдань, у курсовому й дипломному проектуванні.
Розробка припою і технології паяння жароміцних нікелевих сплавів лопаток суднових газових турбін нового покоління
(2021) Бутурля, Є. А.; Buturlia, Ye. A.; Квасницький В. Ф.
Бутурля Є. А. Розробка припою і технології паяння жароміцних нікелевих сплавів лопаток суднових газових турбін нового покоління – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, 2021. Робота присвячена науково-прикладній задачі – розробці припою для жароміцних нікелевих сплавів (ЖНС) нового покоління. Для суднового газотурбобудування завжди стояла проблема підвищення робочої температури та ресурсу роботи турбін, яка ускладнюється умовами роботи суднових газотурбінних двигунів (ГТД). Суднові ГТД працюють на важкому паливі із домішками сірки та в умовах високотемпературної сольової корозії (ВСК), швидкість якої в сотні разів більше, ніж швидкість корозії в авіаційних турбінах. Для суднових турбін нового покоління ДП НВКГ «Зоря»–«Машпроект» і Фізико-технологічним інститутом металів і сплавів НАН України розроблено сплави СМ93-ВІ і СМ96-ВІ, що дозволяють підняти робочу температуру на 40–60 °С. Основним та універсальним способом з’єднання ливарних ЖНС є паяння, при якому виникає проблема підвищення жаростійкості і довготривалої високотемпературної міцності спаяних з’єднань. Тому, для розвитку суднового газотурбобудування актуальна розробка припою, який забезпечить необхідні фізико-хімічні характеристики спаяного з’єднання для нових сплавів. Метою дисертаційного дослідження є розробка припою і технології паяння жароміцних нікелевих сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ для виробництва суднових газових турбін нового покоління з підвищенням високотемпературної міцності спаяних з’єднань не нижче 80 % міцності основного металу. Наукова новизна полягає в тому, що: 1. Вперше обґрунтовано двоетапний метод розробки припою, суть якого полягає в тому, що на першому етапі, з використанням комп’ютерних програм, розрахована основа припою з включенням найбільш ефективних легуючих елементів, які забезпечують твердорозчинне і дисперсійне зміцнення, та границі легування припою тугоплавкими металами для запобігання утворення ТЩУ фаз, зокрема σ-фази, а на другому етапі експериментально визначається необхідна концентрація депресантів. 2. Вперше встановлено, що багатокомпонентні припої з Re і Та системи Ni-Cr-Co-Al-Ta-Re-W-Mo-Ti-Nb-B-Hf-Zr-C забезпечують крайові кути змочування сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ до 6°, питому площу розтікання 1,4–1,5 мм2/мг при температурі 1200–1230 °С паяння і виправлення поверхневих дефектів відливок. 3. Удосконалено систему легування припою, яка забезпечує довготривалу міцність спаяних з’єднань сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ при 900 °С на рівні 0,9 від міцності основного металу. 4. Дістало подальший розвиток уявлення про напружений стан спаяних з’єднаннях з прошарком припою з його відносною товщиною (s/d від 0,0025...0,01), що має відмінні від основного металу фізико-механічні властивості, яка полягає в тому, що на більшій частині вузла в основному металі напруження практично відсутні при термічному навантаженні та лінійно розподілені при силовому навантаженні. Біля зовнішньої поверхні з’єднання та в самому прошарку утворюється об’ємний напружено-деформований стан, який призводить до зміцнення або знеміцнення основного металу та прошарку. Практичне значення роботи містить: Запропонований і реалізований двоетапний метод розробки припою із використанням комп’ютерних програм для розробки припою. Із використанням нового методу розроблено припій SBM-4 та технологію паяння і виправлення поверхневих дефектів лиття промислових відливок для жароміцних нікелевих сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ. Припій має температуру паяння 1200…1230 °С, довготривалу міцність для спаяних з’єднань при 900 °С на рівні 0,9 від рівня основного металу і стійкість проти високотемпературної сольової корозії на рівні сплаву СМ88У-ВІ та пройшов етапи впровадження, що підтверджується відповідними актами. Розроблений припій може використовуватися для інших ЖНС та був застосований для відновлення паянням у вакуумі пошкоджених високотемпературних елементів обладнання з жароміцного сплаву ЧС88-ВІ для отримання відцентровим плазмовим розпиленням сферичних порошків. У першому розділі виконано аналіз даних літературних джерел та розглянута різниця умов роботи авіаційних і суднових ГТД. Авіаційні сплави у своєму складі мають 4–6 % хрому, що дозволяє їм працювати при більш високих робочих температурах, ніж суднові. Зниження робочої температури суднових турбін обумовлено концентрацією хрому в сплавах на рівні 18,0–22,0 %. Таке значення хрому необхідно для захисту від високотемпературної сольової корозії, яка виникає в процесі експлуатації. Високотемпературну сольову корозію провокує комбінація шкідливих факторів, а саме повітря для згоряння палива має пари морської води та «важке» паливо, що у своєму складі містить сірку. Хром забезпечує стійкість проти ВСК, але знижує високотемпературну працездатність сплавів. Тому хімічний склад суднових і авіаційних турбін суттєво відрізняється. Ливарні ЖНС мають проблеми при зварюванні плавленням. Основним способом з’єднання ЖНС є паяння, але цей процес виконується при температурах нижче, ніж температура плавлення основного металу, тому виникає проблема співвідношення міцності спаяного з’єднання (прошарку) до основного металу, яке на сьогоднішній час складає близько 0,8. Проведений аналіз джерел щодо припоїв не показав висвітлення методів розробки припоїв та ролі проміжного прошарку в спаяному з’єднанні, який вливає на напружено-деформований стан і працездатність з’єднання. У зв’язку з підвищенням робочої температури для суднових турбін понад 900 °С в Фізико-технологічному інституті металів та сплавів НАН України спільно з ДП НВКГ «Зоря»–«Машпроект» розроблено сплави СМ93-ВІ і СМ96-ВІ. У другому розділі наведені хімічний склад та границя міцності досліджуваних матеріалів, обладнання та методи, що використані в роботі. В дисертаційному дослідженні використано обладнання для паяння зразків, яке знаходиться на кафедрі зварювального виробництва НУК ім. адмірала Макарова: піч СНВЭ 1.3.1-16И1, вакуумна установка УДСВ-ДТ, Надвисоковакуумний універсальний технологічний комплекс ВВУ1Д. Для виплавлення промислового припою та термічної обробки застосовано обладнання, яке знаходиться на ДП НВКГ «Зоря»–«Машпроект»: вакуумний індукційний модуль VIM-125, СЭВ-11,54, вакуумна піч «Schmett». Механічні випробування виконані за стандартною методикою із використанням МП-1200 і АИМА-5. Дослідження макро- і мікроструктури, хімічний аналіз зразків виконувалось за допомогою Неофот-21 та РЭММА-102-02. Диференціальний термічний аналіз виконано на установці ВДТА-8М. Використано метод планування експерименту та статистична обробка даних, за допомогою якої створена математична модель. У програмному комплексу «ANSYS» методом скінчених елементів змодельований вузол циліндр-циліндр із визначенням напружено-деформованого стану спаяного з’єднання з проміжним прошарком. У третьому розділі виконана розробка припою для паяння сплавів СМ93ВІ і СМ96-ВІ. Була проведена спроба знизити температуру паяння припою SBM3, але підвищення концентрації кремнію негативно сказалось на структурі спаяного шва. Тому виконана розробка нового припою, який отримав назву SBM4. Припій розроблено за двоетапним методом, в якому на першому етапі обрана основа припою, на другому – експериментально визначено концентрацію депресантів. Було застосована програма PHACOMP, за допомогою якої розраховані розподіл елементів між 𝛾- і 𝛾'-фазами, температури ліквідуса, солідуса і кількості електронних вакансій. В якості основи припою обрано сплав СМ93-ВІ до складу якого було внесено корективи. Вольфрам частково замінено ренієм, який має меншу кулькість електронних вакансій, додатково введено гафній для покращення ливарних властивостей, введено цирконій для покращення проникності припою у мукрозазори. Середній вміст елементів основи припою складає (% мас.): 13,0 Cr; 7,0 Co; 4,0 Al; 4,5 Ta; 3,75 Re; 2,5 W; 1,5 Mo; 5,45 Ti; 0,25 Hf; 0,575 Zr; 0,4 Nb; 0,07 C; Ni – решта. На другому етапі експериментальним шляхом визначена концентрація бору при якої спостерігається ефективне розтікання припою. До першого варіанту SBM-4 (вміст бору 0,75 % мас.) додавали сплав 4Д із наступним хімічним складом 14,0Cr-9,5Co-2,5Al-2,4B, що дозволило змінювати концентрацію бору від 0,915 до 1,245 %. Математична модель, яка прогнозує площу розтікання із врахуванням температури паяння та кількості сплаву 4Д, показала майже повне співпадіння експериментальних і розрахункових значень. Установлено, що при концентрації бору 1,0-1,2 % припій добре змочує поверхню ЖНС. В четвертому розділі наведено дослідження промислового припою SBM4, хімічний склад якого складає (% мас.): (12,5-14,5)Cr;(6,5-7,5)Co; (3,0-5,0)Al; (5,0-6,0)Ta; (3,0-4,5)Re; (2,0-3,0)W; (1,0-2,0)Mo; (4,7-6,2)Ti; (0,3-0,5)Nb; (1,01,2)B; (0,2-0,3)Hf; (0,45-0,7)Zr; (0,07-0,10)C; Ni – решта. Припій виплавлено на підприємстві ДП НВКГ «Зоря»-«Машпроект». Дослідження показали високі поверхневі властивості припою та добре заповнення зазорів кланових зразків зі сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ. Поверхнева енергія припою за методом лежачої краплі складає 1,38 і 1,9 Дж/м2 при температурах 1240 і 1220 °С відповідно. Дослідження довготривалої міцності спаяних з’єднань сплавів СМ93-ВІ і СМ96ВІ виконували на полікристалічних зразках. При температурі 900 °С на базі 100 год довготривала міцність дорівнює 285 МПа, що складає 0,91 і 0,89 від міцності основного металу для сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ відповідно. Після паяння і механічної обробки боридна евтектика в зоні стику відсутня. Швидкість ВСК припою SBM-4 становить 0,4–1,32 мг/см2⸱год, таке значення відповідає технічним вимогам. Проникність припою SBM-4 дозволяє використовувати його для ремонту дефектів лиття лопаток газових турбін.. В п’ятому розділі методом скінченних елементів проведено моделювання напружено-деформованого стану (НДС) спаяного з’єднання типу циліндрциліндр з жароміцних сплавів у пружному стані і в умовах миттєвої пластичності. Показано, що в спаяному вузлі із різними співвідношеннями модуля пружності, температурних коефіцієнтів лінійного розширення (ТКЛР) і границь плинності жароміцного сплаву і прошарку (припою) на більшій частині стику в основному металі напруження практично відсутні при термічному навантаженні та лінійно розподілені при силовому. Тільки в невеликій зоні біля зовнішньої поверхні і в прошарку формується об’ємний НДС, який призводить до знеміцнення (зниження рівня границі плинності і підвищення пластичності) чи до зміцнення (підвищення границі плинності і зниження пластичності) основного металу та прошарку в зоні стику в порівнянні з лінійним напруженим станом. Моделювання НДС показало, що рівень міцності спаяного з’єднання наближається до рівня міцності основного металу при наближенні по всій довжині стику коефіцієнта жорсткості напруженого стану до одиниці. Це відбувається при забезпеченні хімічної і структурної однорідності металу спаяного з’єднання. Шостий розділ присвячено практичному використанню розробленого пропою SBM-4. Показана структуру виправленого дефекта. В розділі розроблена послідовність операцій, яку необхідно дотримуватись при підготовці лопаток до паяння та за якими режимами виконувати паяння для сплавів СМ93-ВІ і СМ96-ВІ. При складанні лопаток в пакет, на відстані не менше 5 мм від стику, виконується зачищення лопаток до металевого блиску. Припій замішується до пастоподібного стану із використанням 5 %-го розчину акрилової смоли БМК-5 на ацетоні, після чого фіксується на деталі. Об’єм припою складає приблизно 1,4 від об’єму, який заповнюється. Паяння виконується у вакуумній печі, яка забезпечує вакуум не гірше ніж 10–2 Па. Температура паяння припоєм SBM-4 для сплаву СМ93-ВІ складає 1200–1215 °С, для сплаву СМ96-ВІ 1220-1230 °С, час витримки для обох сплавів дорівнює 15±5 хв. Після паяння лопатки повинні охолоджуватися у вакуумі до 1070 °С із витримкою 60 хв., після чого продовжується охолодження у вакуумі до температури 200 °С. Перед виправленням дефектів лопатки повинні пройти весь ступінчатий цикл термічної обробки, включаючи гомогенізацію при температурі 1180 °С відповідно до Технологічного процесу. Дефекти, що підлягають виправленню можуть виправлятися з наповнювачем або без нього. Місце дефекту розроблюється під кутом 90° ≤ β ≤ 120°, після чого виконується очистка на відстані не менше 5 мм та знежирюється. Наповнювачем може виступати порошок СМ88У-ВІ, який виготовляється «Укрспецсталлю», або розроблений в НУК ім. адмірала Макарова і НВКГ «Зоря»–«Машпроект» припій SBM-3. Припій і наповнювач змішуються у пропорції 1:1. Кількість суміші припою і наповнювача повинна бути більше від об’єму дефекту на 40-50 %. Як і при паянні, порошкова суміш закріплюється із застосовуванням 5%-го розчину акрилової смоли БМК-5 на ацетоні. Температурні режими при виправленні дефектів аналогічні режимам паяння.
Ефективність енергетичних установок з термохімічними системами для високотехнологічних суден і морських об'єктів нафтогазовидобування
(2020) Чередніченко, О. К.; Cherednichenko, O. C.; Сербін С. І.
Чередніченко О. К. Ефективність енергетичних установок з термохімічними системами для високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки (Технічні науки). – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Міністерство освіти і науки України, Миколаїв, 2020. Науково-прикладною проблемою, яка вирішується в дисертації, є підвищення ефективності використання паливних ресурсів та зменшення викидів токсичних компонентів шляхом раціональної організації перетворень енергії в термохімічних системах утилізації теплоти вторинних енергоресурсів енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. Необхідність виконання вимог законодавчих актів Міжнародної морської організації (IMO) щодо зниження впливу суднової енергетики на навколишнє середовище визначає запит практики, спрямований на розробку та адаптацію енергоефективних технологій в суднову енергетику шляхом комплексного впровадження новітніх установок, визначення діапазонів їх досяжних параметрів з розробкою науково обґрунтованих перспективних схемних рішень, які забезпечують підвищення ефективності використання паливних ресурсів, мінімізацію викидів CO2 та інших шкідливих речовин в навколишнє середовище. Відповідно до запиту практики сформульована мета дослідження – підвищення ефективності суднових енергетичних установок з термохімічними системами утилізації теплоти вторинних енергоресурсів для високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. Робочою науковою гіпотезою дисертаційного дослідження є твердження, що підвищення ефективності використання енергії палива в енергетичних установках та зменшення викидів шкідливих речовин досягається паровою конверсією вуглеводневих та спиртових палив за рахунок утилізації теплоти вторинних енергоресурсів з подальшим низькоемісійним спалюванням отриманих продуктів в газотурбінних та комбінованих дизель-газотурбінних установках, а також утилізацією енергії скидної теплоти суднових малообертових дизельних двигунів термохімічним перетворенням енергії в металогідридних установках. Для поліпшення ефективності процесів перетворень енергії при термохімічній обробці палив за рахунок підводу теплоти відпрацьованих газів пропонується використовувати ідею організації термохімічної обробки вуглеводневих та спиртових палив шляхом парової конверсії при параметрах, які узгоджено з параметрами робочих процесів енергетичних установок і вторинних енергоресурсів, а також низькоемісійним спалюванням продуктів термохімічних реакцій в газотурбінних камерах згоряння з попереднім частковим перемішуванням палива і окиснювача. Об’єктом дослідження є процеси перетворення енергії в енергетичних установках при термохімічній утилізації вторинних енергоресурсів. Предметом дослідження є закономірності процесів термохімічних перетворень енергії, їх вплив на ефективність енергетичних установок для високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. Задачі наукового дослідження: 1. Аналіз тенденцій світового енергоспоживання та оцінка перспективності застосування термохімічних систем утилізації теплоти вторинних енергоресурсів в судновій енергетиці на базі узагальнення та систематизації масиву значень, які описують енергетичні установки високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. 2. Виявлення шляхом математичного і фізичного моделювання діапазону ефективного застосування перспективних палив при їх термохімічній обробці шляхом утилізації вторинних енергоресурсів енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. 3. Виявлення закономірностей взаємного впливу характеристик термохімічної обробки вуглеводневих і спиртових палив та параметрів робочих процесів енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. 4. Розробка науково обґрунтованих нових схемних рішень газотурбінних і комбінованих дизель-газотурбінних енергетичних установок з термохімічними системами утилізації теплоти вторинних енергоресурсів та дослідження впливу їх параметрів на енергоефективність. 5. Визначення умов ефективного спалювання продуктів термохімічної обробки палив в газотурбінних камерах згоряння з попереднім частковим перемішуванням палива з повітрям. 6. Теоретичні дослідження процесів спалювання продуктів термохімічної обробки палива в газотурбінній камері згоряння з попереднім частковим перемішуванням палива та окиснювача. 7. Визначення параметрів ефективного перетворення енергії в металогідридних утилізаційних установках сучасних та перспективних суден-газовозів. 8. Апробація положень концепції підвищення ефективності енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування та впровадження результатів наукових досліджень. У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми, зазначено зв’язок роботи з науковими програми й темами, сформульовано об’єкт і предмет дослідження, мету та головні завдання, наведено методи дослідження, дано обґрунтування достовірності отриманих результатів і висновків, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, відображено повноту викладення результатів у публікаціях та ступінь апробації на конференціях. У першому розділі розглянуто тенденції світового енергоспоживання, виявлено значний вплив світового флоту та морських об’єктів нафтогазовидобування на підвищення якості життя людства, проаналізовано законодавчі акти Міжнародної морської організації щодо енергоефективності суден; відзначено перспективність термохімічних утилізаційних технологій в судновій енергетиці, обґрунтована мета і здійснена постановка завдань дослідження. У другому розділі представлена методологія та обґрунтовані методи дослідження. Виявлена перспективність використання об'єктно-орієнтованих підходів при розв’язуванні задач теоретичних та експериментальних досліджень процесів в суднових енергетичних установках з термохімічною утилізацією. Запропоновано використовувати наступні ієрархічні рівні: модуль в цілому, підсистеми модуля, групи блоків обладнання підсистем, структурно-функціональні блоки, що моделюють одиничні ланки процесу, з поєднанням блоків зв’язками у вигляді матеріальних та енергетичних потоків. Представлена методологія експериментального дослідження, надано опис експериментального стенда для моделювання процесів термохімічної обробки палива при підвищеному тиску з визначенням впливу витрат механічної енергії на ефективність термохімічної утилізації та вимірюванням компонентного складу синтез-газу, який отримано в результаті термохімічної обробки етанолу при підвищеному тиску. У третьому розділі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень ефективності процесів термохімічної обробки палива. З метою порівняння потенціалів вторинних енергоресурсів суднових теплових двигунів енергетичних установок різного складу розроблена багатовимірна класифікація схем енергетичних установок високотехнологічних суден і об’єктів нафтогазовидобування. Визначено критерії оцінки енергоефективності процесів термохімічної обробки палив та встановлено найбільш перспективні палива для термохімічної обробки шляхом утилізації вторинних енергоресурсів теплових двигунів. Визначено межі застосування існуючих підходів до оцінки ефективності процесів термохімічної обробки палив. Виявлені обмеження, які пов’язані з впливом основних параметрів процесу конверсії на доцільність застосування термохімічної обробки палив в залежності від їх властивостей. Наведено результати експериментального дослідження комплексного впливу температури, тиску та складу суміші на ефективність термохімічної обробки етанолу з визначенням витрат теплової та механічної потужностей при організації процесів обробки палива. Виявлено значний вплив витрат механічної енергії на ефективність термохімічної обробки палива. У четвертому розділі розроблена математична модель енергетичного модуля з термохімічною утилізацією вторинних енергоресурсів теплових двигунів. Обґрунтовано підходи до створення та надані алгоритми налаштування математичних моделей енергетичних модулів та структурно-функціональних блоків з метою оптимізації процесів термохімічних перетворень енергії. У п’ятому розділі наведені результати теоретичних досліджень параметрів суднових енергетичних модулів з використанням термохімічних технологій утилізації. Доведена ефективність використання на високотехнологічних суднах та морських об'єктах нафтогазовидобування газотурбінних та комбінованих енергетичних модулів з термохімічною обробкою базового палива та утилізацією теплоти відпрацьованих газів ГТД. Встановлено, що утилізація вторинних енергоресурсів шляхом термохімічної обробки вуглеводневих та спиртових палив забезпечує зменшення питомої витрати палива у порівнянні з традиційними схемами та підвищення ККД до 4 %. Підтверджено підвищення ефективності використання енергії палива на 5 6 % в пропульсивних комплексах сучасних та перспективних суден-газовозів шляхом використання термохімічного перетворення енергії в металогідридних утилізаційних установках. Доведено, що застосування запропонованих термохімічних технологій більш ніж в 1,5 рази зменшує викиди діоксиду вуглецю при експлуатації суднової енергетичної установки високотехнологічного судна або морського об'єкту нафтогазовидобування. У шостому розділі розроблено математичну модель низькоемісійної газотурбінної камери згоряння, що працює на продуктах термохімічної конверсії, та наведені результати дослідження характеристик робочого процесу при роботі на продуктах термохімічної конверсії попутного газу. Доведена можливість ефективного використання продуктів термохімічної конверсії попутного газу в якості основного палива. Встановлена стабільність процесу горіння в камері згоряння з попереднім частковим перемішуванням палива и окиснювача. Підтверджено, що викиди основних токсичних компонентів (NOx і CO) відповідають сучасним європейським стандартам на викиди газотурбінних двигунів. У сьомому розділі наведено результати реалізації комплексу запропонованих технічних рішень при проектуванні енергетичних установок високотехнологічних суден та морських об'єктів нафтогазовидобування, визначено перспективи подальшого застосування отриманих наукових і практичних положень. За результатами виконаних наукових досліджень розроблено концепцію підвищення ефективності суднових енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування шляхом термохімічної обробки вуглеводневих та спиртових палив за рахунок підводу теплоти відпрацьованих газів газотурбінних та комбінованих дизель-газотурбінних енергетичних установок, а також використанням потенціалу вторинних енергоресурсів малообертових дизельних двигунів термохімічним перетворенням енергії в утилізаційних металогідридних установках. Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному: 1. Вперше визначено діапазон ефективного застосування низки вуглеводневих та спиртових палив для термохімічної обробки шляхом утилізації вторинних енергоресурсів енергетичних установок, при цьому виявлено: а) потенціал вторинних енергоресурсів установок на базі газотурбінних двигунів забезпечує ефективну обробку метанолу та етанолу з максимальним приростом теплоти згоряння палива 18–22 %, а також помірну ефективність обробки природного газу, попутного газу та їх головних складових при максимальному прирості 8–12 %; б) потенціал вторинних енергоресурсів установок на базі чотирьохтактних дизельних двигунів забезпечує ефективну обробку метанолу та етанолу з приростом теплоти згоряння до 20–22 і 15–16 % відповідно; в) температурний потенціал скидної теплоти установок на базі двохтактних дизельних двигунів достатній для ефективних перетворень енергії в металогідридних утилізаційних установках. 2. Вперше доведено, що на відміну від існуючих суднових енергетичних установок без термохімічної обробки палива, термохімічна обробка вищевказаних спиртових та вуглеводневих палив за рахунок утилізації вторинних енергоресурсів енергетичних установок високотехнологічних суден приводить до покращення співвідношення величин викидів CO2 на одиницю транспортної роботи судна та, відповідно, до зменшення індексу EEDI на: 25–40 % для газовозів LNG з єдиною електроенергетичною установкою; на 30–42 % для газовозів LPG порівняно з енергокомплексами, які працюють на нафтових паливах, та на 22–24 % порівняно з енергокомплексами, які працюють на LPG; на 15–25 % для круїзних суден відносно енергокомплексів, які працюють на нафтових паливах, та на 10–15 % відносно енергокомплексів, які працюють на LNG; на 5–15 % для суден Ro-pax в залежності від особливостей судна, схемних рішень та характеристик енергетичної установки, компонентного складу палива, характеристик термохімічної обробки та робочих процесів теплових двигунів. 3. Вперше обґрунтовано ефективність термохімічної обробки палива при параметрах процесів, які відповідають параметрам робочих процесів енергетичних установок, при цьому встановлено, що утилізація вторинних енергоресурсів газотурбінних суднових енергетичних установок шляхом термохімічної обробки вуглеводневих та спиртових палив забезпечує збільшення ККД установки до 4 % відносно контактних газо-паротурбінних установок при умові, що при термохімічній обробці допустиме масове співвідношення витрат пара/паливо складає 6–7 для вуглеводневих палив та 0,6–0,9 для спиртових палив. 4. Вперше доведено, що поліпшення паливної економічності комбінованої дизель-газотурбінної енергетичної установки до 4 % забезпечується термохімічною обробкою палива шляхом утилізації теплоти відпрацьованих газів газотурбінного двигуна за умови проведення термохімічної обробки окремо для ГТД при високому тиску (відповідно до тиску підведення палива до ГТД 1,0–2,5 МПа) та окремо для ДВЗ при низькому тиску (0,6–0,7 МПа) з подальшим сумісним використанням продуктів обробки в якості палива в газотурбінному та дизельному(их) двигуні(ах). 5. Вперше визначено, що на відміну від існуючих підходів до організації ефективного спалювання синтез-газу в камерах згоряння ГТД, використання термохімічної утилізації теплоти відхідних газів дає змогу отримувати продукти термохімічної обробки стійкого складу незалежно від вмісту метану у базовому паливі та забезпечує стабільність процесу горіння в низькоемісійній газотурбінній камері згоряння з попереднім частковим перемішуванням палива з повітрям. 6. Отримав подальший розвиток метод тривимірного моделювання процесів горіння вуглеводневих та спиртових палив, на базі якого створена континуальна модель робочих процесів в низькоемісійних камерах згоряння ГТД, працюючих на продуктах термохімічної конверсії, яка дозволяє виявити особливості аеродинамічної структури реагуючих потоків в умовах турбулентної взаємодії, а також здійснити вибір раціональних геометричних параметрів для забезпечення сучасних екологічних показників енергетичних установок високотехнологічних суден та об’єктів нафтогазовидобування. 7. Вдосконалено підхід до створення багатофакторних параметричних моделей суднових енергетичних установок, які враховують обмеження допустимих значень параметрів та дозволяють оцінити вплив схемних рішень і параметрів процесів на показники ефективності енергетичних комплексів з утилізацією енергії скидної теплоти шляхом термохімічної обробки палива та термохімічним перетворенням енергії в металогідридних установках. 8. На основі об'єктно-орієнтованого підходу вдосконалено багаторівневу класифікацію структурних схем енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування, яка відрізняється комплексним описом їх складу та головних характеристик, що надало можливість оцінювати доцільність використання традиційних та інноваційних технологій. На основі отриманих наукових результатів сформульовано наукові положення: 1. Підвищення ефективності термохімічної утилізації вторинних енергоресурсів енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування досягається узгодженням параметрів робочих процесів термохімічної обробки палива та теплових двигунів і забезпечує зростання ККД установок до 4 %. 2. Термохімічна обробка вуглеводневих та спиртових палив з низькоемісійним спалюванням отриманих газоподібних продуктів та утилізацією вторинних енергоресурсів газотурбінних та комбінованих дизель-газотурбінних енергетичних установок, а також використання енергії вторинної теплоти малообертових дизельних двигунів в утилізаційних металогідридних установках забезпечує зменшення викидів діоксиду вуглецю на одиницю транспортної роботи високотехнологічних суден. 3. Комплексне використання термохімічної обробки палива та організація низькоемісійного процесу горіння в газотурбінній камері згоряння з попереднім частковим перемішуванням палива з повітрям забезпечують відповідність викидів основних токсичних компонентів енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування сучасним європейським стандартам. Наукове значення роботи полягає в розширенні уявлень про фізико-хімічні процеси термохімічної утилізації вторинних енергоресурсів, обробки палив та процесів горіння продуктів їх конверсії, що є науковим підґрунтям для реалізації концепції підвищення ефективності суднових енергетичних установок високотехнологічних суден і морських об’єктів нафтогазовидобування. Практичне значення отриманих результатів Обґрунтування діапазону ефективного застосування перспективних вуглеводневих та спиртових палив та отримані регресійні залежності, які описують закономірності впливу параметрів робочих процесів теплових двигунів на компонентний склад та енергетичні характеристики продуктів термохімічної обробки, дозволило розробити алгоритми та методики розрахунку, створити прикладне програмне забезпечення, яке апробоване при виконанні проєктних проробок енергетичного обладнання. Схемні рішення та практичні рекомендації з використання систем термохімічної утилізації в складі газотурбінних та комбінованих установок надали можливість розробити концептуальні проєкти газовозів LNG, LPG, круїзних лайнерів, а також суден Ro-pax, що задовольняють перспективним вимогам IMO з енергоефективності. Результати впровадження роботи Результати дисертаційного дослідження впроваджено при розробці проекту енергетичного комплексу потужністю 10-15 МВт з термохімічною обробкою попутного нафтового газу для морської платформи (ДП «Дослідно-проектний центр кораблебудування» державного концерну «Укроборонпром», м. Миколаїв); при розробці концептуальних проектів газовозів LNG, LPG, круїзних лайнерів, суден Ro-pax з низькоемісійними енергетичними установками («Zaliv Ship Design», «Сі-Джоб Миколаїв» та ДП «ПКБ Чорноморсуднопроєкт», м. Миколаїв); в технічній документації з модернізації енергетичного обладнання та питань адаптування термохімічних технологій утилізації до існуючого енергетичного обладнання (Херсонська верф «Smart Meritime Group», м. Херсон; ТОВ «Енерготехнологія», Миколаївська обл.); при проведенні досліджень характеристик суднових гібридних енергетичних установок з використанням технології SOFC-GT («Jiangsu University of Science and Techology», КНР); при проведенні досліджень характеристик газотурбінних енергетичних установок морського виконання («Georgian Veritas» LTD, Грузія), а також в навчальному процесі при підготовці здобувачів вищої освіти ступеня «Бакалавр» за спеціальністю 271 «Річковий та морський транспорт» в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова (м. Миколаїв), ступенів «Бакалавр» та «Магістр» за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» в Кременчуцькому національному університеті імені Михайла Остроградського (м. Кременчуг), ступенів «Бакалавр» та «Магістр» за спеціальністю 144 «Теплоенергетика» в Вінницькому національному технічному університеті (м. Вінниця), ступенів «Бакалавр» та «Магістр» за спеціальністю 271 «Річковий та морський транспорт» в Національному університеті «Одеська Морська Академія» (м. Одеса) та Одеському національному морському університеті (м. Одеса). Впровадження результатів дисертаційної роботи підтверджується відповідними актами про використання результатів дослідження.
Зменшення опору руху суден за допомогою використання виїмок та повітряного змащення
(2021) Боднарчук, Ю. С.; Bodnarchuk, J. S.; Король Ю. М.
Боднарчук Ю. С. Зменшення опору руху суден за допомогою використання виїмок та повітряного змащення – Кваліфікаційна наукова робота на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден» – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2021 р. В дисертаційному дослідженні представлені засоби зниження опору судна у вигляді локальних поперечних поглиблень (виїмок) на днищовій поверхні різних типів суден та поглиблень (виїмок) у вигляді кілець на поверхні підводних човнів, а також вплив подачі повітряного мастила природним шляхом на поверхню швидкісного судна. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, додатків та списку використаних джерел. В роботі описаний алгоритм побудови розрахункових проектів в computational fluid dynamics комплексах Flow Vision та Flow Simulation. Підчас створення розрахункового проекту виконується параметричний аналіз за допомогою методів обчислювальної гідродинаміки. Визначаються параметри моделювання для того щоб працював алгоритм диференційних рівнянь, які описують рух рідини, метод кінцевих об’ємів зводить їх до системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Процес валідації програмного продукту Flow Vision та Flow Simulation при моделюванні обтікання корпусів суден виконувався для моделі танкеру проекту 005RST01 та підводного об’єкту сигаро подібної форми в різних науково-дослідницьких басейнах. Порівняння результатів розрахунків у вказаних програмних комплексах з даними фізичних експериментів показали дуже високу інформативність і достатню для практичного використання точність цих програм. Також в роботі описується процес дослідження впливу виїмок на відносно простих об’єктах, таких як циліндричне тіло та круговий циліндр, які є перехідними етапами до судна та підводного човна відповідно. Проводилося дослідження ефективності локального поперечного поглиблення (виїмок) на днищовій поверхні суховантажного судна. Перевірка ефективності впливу виїмок на ходові якості судна була виконана на моделі танкера проекту 005RST01. Окрім того, за допомогою computational fluid dynamics пакетів було виконано моделювання як для моделі, так і для натурного судна. Слід відмітити, що розміри і місце розташування виїмок для кожного судна необхідно підбирати окремо, беручи до уваги характеристики обраного натурного судна. В програмних продуктах Flow Vision та Flow Simulation проводилися розрахунки впливу встановлених виїмок на поверхнях двох типів підводних човнів. Проведено дослідження методів зниження опору для швидкісних суден. В програмному комплексі Flow Vision моделювалось швидкісне судно зі встановленою виїмкою в двох варіантах: без урахування вільної поверхні і з урахуванням вільної поверхні для скорочення часу розрахунку і більш детального вивчення ефекту. На моделі погано обтічного тіла, у вигляді паралелепіпеду, досліджувалось питання про ступінь ефективності одночасного використання декількох засобів впливу на прикордонний шар спрямованих на зниження опору тіл при їх русі в рідині. На моделі швидкісного судна досліджується вплив на зниження опору подачі повітря на днищову поверхню корпусу через канали при заданій швидкості та за рахунок перепаду тиску на дні судна та атмосферного тиску зверху, що дало позитивний результат. Сформована загальна схема алгоритму вибору засобів зниження опору руху під час проектування суден, які дають змогу зменшенню витрат палива і вартості перевезеного вантажу (пасажирів) та терміну окупності витрат при впроваджені цих засобів на новому або вже введеному в експлуатацію. Розроблено методику визначення можливості зниження опору руху об’єктів океанотехніки з встановленими місцевими особливостями в основу якої покладені методи обчислювальної гідродинаміки та параметричного аналізу.
Рациональное проектирование тороидальных корпусов из композиционных материалов для подводных аппаратов
(2015) Крептюк, А. В.; Kreptiuk, А.V.; Бурдун Е.Т.
Крептюк А. В. Раціональне проектування тороїдальних корпусів із композиційних матеріалів для підводних апаратів. – На правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 – Конструювання та будування суден (технічні науки). – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова МОН України, Миколаїв, 2015. Дисертація присвячена питанню проектування тороїдального міцного корпусу і оцінки перспектив створення підводних апаратів на базі нього як нових підводних технічних засобів освоєння океану. Удосконалено математичну модель втрати стійкості під дією зовнішнього гідростатичного тиску тороїдального міцного корпусу, яка побудована на базі геометрично лінійної теорії шаруватих ортотропних оболонок з врахуванням, на відміну від існуючих моделей, конструктивнотехнологічних особливостей формування тороїда методом намотування із композиційних матеріалів, а саме: змінність товщини корпуса в поперечному перерізі, дискретна структура стінки із композиційного матеріалу, та отримано на основі неї аналітичний розв’язок для верхнього критичного тиску. Розроблена розрахунково-аналітична методика проектування тороїдального міцного корпусу, що виготовляється методом намотування із волокнистих полімерних композиційних матеріалів, при обмеженні за міцністю та стійкістю і в залежності від глибини експлуатації, що включає можливість вибору зв’язуючих, однонапрямлених наповнювачів і схем армування з метою конструювання раціональної структури полімерного композиційного матеріалу. Обмеження по міцності прийняті у вигляді критерію Мізеса-Хилла, а по стійкості – за верхнім критичним тиском. Результати розрахунку формалізовані у вигляді основного критерію якості міцного корпусу – відношення маси корпусу до його водотоннажності. Сформульовані практичні рекомендації щодо проектування тороїдальних міцних корпусів з ПКМ, зокрема із склопластика і вуглепластика, які задовольняють вимогам технологічності та мінімальної маси.
Удосконалення конструкції підводних населених апаратів теплоізолюючими блоками плавучості
(2017) Юреско, Т. А.; Yuresko, T. A.; Бурдун Є. Т.
Юреско Т. А. Удосконалення конструкції підводних населених апаратів теплоізолюючими блоками плавучості. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, МОН України, Миколаїв, 2017. В дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-прикладну задачу удосконалення конструкції підводного населеного апарату (ПНА) за рахунок надання додаткової функції теплоізоляції окремим елементам плавучості зі сферопластика з додатковою поруватістю (СДП) у вигляді зовнішнього суцільного облицювання міцного корпусу з призначенням ресурсу роботи блоків в умовах експлуатації: тривалих глибоководних занурень, циклічних глибоководних занурення-спливань на поверхню в районах з температурою повітря нижче 0 ºС. Аналіз елементів плавучості в конструкціях ПНА, що працюють в умовах тривалих і циклічних занурень на глибинах 1500...2000 м та підіймаються на поверхню в районах з низькою температурою повітря, а також розгляд проблем, пов’язаних з підтриманням температурного режиму всередині апарату, особливо, в аварійних ситуаціях, показав, що заміна частини закладних елементів плавучості на блоки зі СДП густиною 450...500 кг/м3 у вигляді суцільного облицювання міцного корпусу зовні, окрім основного призначення – збільшення сили підтримання, перспективна з позиції надання теплоізоляції міцному корпусу. В конструкції ПНА запропонована форма блоків плавучості зі СДП використана вперше. Основне робоче навантаження на блоки зі СДП це – гідростатичний тиск, дія якого супроводжується накопиченням пошкоджень – поступовим руйнуванням повітряних комірок і проникненням води всередину блоку. Це призводить до зменшення сили плавучості блоків, що впливає на баластування всього ПНА та знижує теплоізоляційні властивості СДП, погіршуючи тепловий захист міцного корпусу. Отже, основна увага в дисертаційній роботі приділяється експериментальному дослідженню процесу накопичення пошкоджень в СДП та його впливу на зміну плавучих і теплоізоляційних властивостей блоків в конструкції апарату в умовах експлуатації. Експлуатаційні навантаження, що розглядаються – довготривалі занурення, характерні для стаціонарного режиму роботи ПНА, і кліматичний вплив, який притаманний для циклічного занурення апарату та спливання на поверхню в умовах температур повітря нижче за 0 ºС. Експериментально досліджено механізм накопичення пошкоджень в блоках плавучості зі СДП при тривалих гідростатичних навантаженнях, який полягає у послідовному руйнуванні повітряних комірок і проникненні води з поверхні всередину блоку. Це дозволило побудувати математичну модель накопичення пошкоджень в блоках зі СДП на основі синтезу моделей лінійної в’язко-пружності та механіки руйнування у вигляді логістичного розподілу відносно рівня гідростатичного тиску (глибини) і часу занурення. Обґрунтовано фізичну модель за аналогією з явищем дифузії, яка дозволяє прогнозувати ресурс роботи блоків будь-якої форми та розміру в конструкції апарату при експлуатаційних навантаженнях. Розроблені моделі отримали подальший розвиток для прогнозування ресурсу роботи блоків в конструкції ПНА. Розроблено математичну модель зміни теплоізоляційних властивостей блоків зі СДП з урахуванням накопичених пошкоджень при тривалому зануренні апарату. Експериментально досліджено механізм накопичення пошкоджень в блоках плавучості зі СДП при циклічному зануренні-підйомі апарату на поверхню в умовах від’ємних температур. Встановлено, що такі умови роботи апарату збільшують обсяг пошкоджень в блоках зі СДП вдвічі, в порівнянні з експлуатацією при відсутності кліматичних факторів. Розроблено математичну модель накопичення пошкоджень в блоках зі СДП при циклічному впливі гідростатичного тиску та кліматичного фактору, яка, за аналогією з моделлю тривалого навантаження, побудована на основі логістичного розподілу в залежності від рівня гідростатичного тиску (глибини) та кількості циклів кліматичного впливу. Модель уточнено додатковим параметром для врахування впливу фазового переходу води, що накопичена в блоках при зануренні. Розроблено математичну модель зміни теплоізоляційних властивостей блоків зі СДП при цикло-гідростатичних навантаженнях апарату. Експериментально встановлено зв’язок між обсягом накопичених пошкоджень і зміною теплоізоляційних властивостей блоків плавучості зі СДП, який показав, що теплопровідність залежить, в основному, від рівня накопиченої пошкоджуваності, а механізм руйнування блоків зумовлений глибиною, тривалістю занурення, циклами занурення-підйому апарату на зміну теплопровідності істотно не впливає, а визначає тільки різну інтенсивність процесу пошкодження. Вперше, базуючись на аналізі результатів експериментальних і теоретичних досліджень, встановлено, що ПНА зі сферичним міцним корпусом з робочою глибиною 1500...2000 м втрачає силу плавучості за рахунок накопичення пошкоджень в блоках зі СДП від 5 до 13 % при тривалості занурень до 1000 годин, від 8 до 26 % при 1000 циклах занурень-спливань при температурі повітря нижче за 0 ºС, теплопровідність при цих пошкодженнях збільшується від 0,085 до 0,15 Вт/(м∙ºК). Удосконалено методику проектування ПНА з глибиною занурення 1500...2000 м шляхом урахуванням втрати сили плавучості і теплоізолюючих властивостей блоків зі СДП при накопичених пошкодженнях, що дає змогу визначити втрату сили плавучості всього апарату і спрогнозувати зміну температурного режиму всередині житлового відсіку. Модифікація схеми розташування блоків плавучості в ПНА удосконалила його конструкцію шляхом облицювання міцного корпусу теплоізолюючими блоками плавучості зі СДП, що підвищило автономність роботи ПНА у 3 рази. Одними із можливих напрямків подальшого дослідження за тематикою роботи є розробка теоретичних основ створення елементів плавучості з теплоізолюючими властивостями (з композиційних матеріалів) для конструкції ПНА, що експлуатуються на глибинах 2000...5000 м: в районах Північного Льодовитого океану; в Атлантичному океані в зонах гідротермальних джерел. Практичне значення одержаних результатів: удосконалення конструкції блоків плавучості ПНА дозволило отримати додаткову функцію теплоізоляції з метою зменшення теплових витрат на 75 % і забезпечення нормальних умов населеності всередині житлового відсіку; додаткова теплова ізоляція міцного корпусу ПНА дозволила збільшити його живучість до 10...15 годин під час аварійних ситуацій; запропонована нова конструкція блоків плавучості у вигляді суцільного облицювання міцного корпусу апарата блоками зі СДП густиною 450...500 кг/м3 і коефіцієнтом теплопровідності 0,085 Вт/(м∙ºК) забезпечила подвійну експлуатаційну функцію – плавучості та теплоізоляції, що підвищило конкурентоздатність вітчизняного оснащення підводних технічних засобів для глибин експлуатації до 2000 м; доведено можливість використання теплоізолюючих блоків плавучості зі СДП в конструкціях апаратів, які працюють в «жорстких» кліматичних умовах при зануреннях на глибини континентального шельфу з врахуванням впливу від’ємних температур повітря на зміну ресурсу роботи блоків плавучості; запропонований алгоритм прогнозування ресурсу роботи блоків зі СДП дозволяє оцінити втрату плавучості і зміну температури всередині міцного корпусу апарату за вихідними даними: глибина, тривалість занурення, кількість циклів кліматичних навантажень, допустимий рівень пошкоджуваності або скорегувати залишковий ресурс роботи блоків в складі апарату за вказаною у судновому журналі передісторією навантажень. Практичне застосування результатів роботи відображено в розроблених програмах-методиках експериментального дослідження характеристик блоків плавучості зі СДП, методиці проектування ПНА, стандарті підприємства на блоки плавучості підводних технічних засобів. Результати досліджень було використано при виконанні робіт з Державної цільової оборонної програми будівництва кораблів класу «корвет» в ПАТ «ЧСЗ»; при підготовці фахівців Національного університету кораблебудування ім. адм. Макарова.
Метод оптимальной трансформации носовой части судна в задаче снижения сопротивления его движению
(2017) Печенюк, А. В.; Pechenyuk, A.V.; Давыдов И. Ф.
Удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів
(2018) Воленюк, Л. С.; Voleniuk, L. S.; Рашковський О. С.
Воленюк Л. С. Удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2018. В дисертаційному дослідженні представлено удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів за рахунок реновації та заміни традиційних спускових пристроїв на пневматичні балони. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і завдання роботи, визначено об’єкт і предмет дослідження, представлено наукову новизну і практичну цінність результатів роботи. У першому розділі на основі огляду вітчизняних і закордонних літературних джерел виконано аналіз стану і виявлені основні проблеми спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів. Досліджена історія розвитку та використання цього спуску. Представлені основні конструктивні елементи традиційного похилого стапеля й спускових пристроїв. Також досліджені переваги та недоліки відомих методів удосконалення спускових пристроїв. Проведено дослідження інноваційного способу спуску суден – на пневматичних балонах. Для спуску суден на пневматичних балонах необхідно створити плоску похилу поверхню поздовжнього стапеля, яка може бути виконана з крупного піску, дрібного гравію, бетону, металу, дерева та інших матеріалів. Застосування такої технології не вимагає великих витрат на обладнання, дозволяє економити час і кошти на будівництві суден і ремонті будівельних місць, але неможливо використовувати на існуючих стапелях. Даний спосіб застосовується на деяких закордонних суднобудівних заводах, але в літературі відсутні матеріали з його теоретичного обґрунтування та розрахунку. Також в першому розділі розглянуто основні задачі розрахунку спуску суден з похилих поздовжніх стапелів, які необхідно розв’язати для спуску на пневматичних балонах: можливість перекидання або спливання, зіскоку зі стапеля, удару судна об стапель або ґрунт, величину баксового тиску. Обрано основні напрямки дослідження та поставлено основні задачі дисертаційної роботи. Обґрунтовано вибір теми дисертаційного дослідження, показано його важливість і актуальність, а також відповідність спеціальності 05.08.03 «Конструювання та будування суден». Визначені основні методи дослідження. У другому розділі проведено дослідження з реновації існуючих поздовжніх стапелів. На прикладі суднобудівних заводів м. Миколаїв: ПАТ «Чорноморського суднобудівного заводу» і Державного підприємства імені 61 комунара, на яких для спуску суден використовуються похилі поздовжні стапелі, проведено аналіз гідрогеологічних і конструктивних характеристик стапелів. Виявлено основні пошкодження стапелів: дерев’яне покриття спускових доріжок знаходиться у незадовільному стані і потребує заміни, підводна частина стапельних доріжок, включно поріг, вимагає 100 % заміни через тривалий термін експлуатації та знаходження під водою. Вперше розроблено ефективний метод реновації похилого поздовжнього стапеля без його руйнування – створення плоскої поверхні, що дає можливість спускати судна на пневматичних балонах. Плоска поверхня створюється за рахунок використання металевих або залізобетонних проставок, якими заповнюється простір між спусковими доріжками. На основі проведеного техніко-економічного аналізу обрані конструкції металевих та залізобетонних проставок. Розглянуто декілька типових металевих конструкцій, аналогічних конструкціям корпусу судна, які можливо виготовити на обладнанні суднобудівного заводу. Для перевірки міцності металевих конструкцій використовувався програмний комплекс SolidWorks/CosmosWorks «Інженерний аналіз методом скінченних елементів». Вибір конструкції металевих проставок проводився методом аналізу ієрархій за наступними критеріями: стійкість, трудомісткість, металоємність, технологічність. Метод полягає в декомпозиції задачі на більш прості складові частини і подальшій обробці послідовності суджень, згідно парних порівнянь. За результатами дослідження, найбільш оптимальною є конструкція, яка складається з полотнища, підкріпленого зварним повздовжнім тавровим набором. Дана форма перерізу перевершує інші в 1,1...1,5 рази. Також, розглянуто три типові залізобетонні конструкції. Проведено комплексний аналіз за наступними критеріями: технологічність процесу виготовлення, витрати матеріалу, міцність, трудомісткість та собівартість. Виявлено, що найбільш прийнятною є плита, армовану каркасом і сіткою, оскільки її проста форма спрощує технологічний процес і здешевлює собівартість виготовлення, так як не вимагає складних форм і оснастки. Проставки обраного типу є типовими для підприємств, які спеціалізуються на виготовленні залізобетонних конструкцій. Перевірки міцності залізобетонних конструкцій проводилась у розрахунково-конструкторській системі SCAD, яка використовує метод скінченних елементів (програмне додаток АРБАТ). У третьому розділі, досліджено процес спуску судна на пневматичних балонах. Вперше досліджено поведінку системи судно - пневматичні балони в процесі спуску судна на воду та розроблена математична модель спуску судна на воду з похилого поздовжнього стапеля на пневматичних балонах. Для дослідження спуску судна на пневматичних балонах у першому наближенні використовувався метод аналогії, в основі якого лежить статичний розрахунок спуску судна на традиційних спускових пристроях. При статичному розрахунку передбачається, що судно переміщується по спускових доріжках з нескінченно малою швидкістю і, отже, гідродинамічні сили нескінченно малі. Спуск судна з похилого поздовжнього стапеля умовно можна поділити на 4 періоди. Найбільш небезпечним є кінець другого періоду і початок третього, коли починається поворот судна навколо горизонтальної осі. При нормальному спуску (без перекидання) судно поступово спливає. Якщо спуск відбувається з перекиданням, тоді перед спливанням відбувається обертальний рух навколо порога стапеля. Основне завдання статичного дослідження – встановити положення судна, при якому виникає кутове переміщення (перекидання або спливання) і величину баксового тиску. Проведено статистичне дослідження спуску суден з поздовжніх похилих стапелів на традиційних спускових пристроях і на пневматичних балонах. Наведено розрахунок спуску танкера довжиною 174,6 м (вага судна 12035 т) зі стапеля «0» Чорноморського суднобудівного заводу та рефрижератора типу «Бухта русская» довжиною 133,95 м (вага судна 4850 т) зі стапеля «ІІІ» Державного суднобудівного заводу імені 61 комунара. Побудовані англійські діаграми спуску. Порівняльний аналіз показав, що при спуску судна на пневматичних балонах спливання настає раніше, та додаткова плавучість створює додатковий баксовий тиск. Але баксовий тиск, на відміну від традиційних носових копилів, сприймається більшою площею та не перевищує розрахункових навантажень на корпус. За проведеним розрахунком спуску обраних суден перекидання та стрибок відсутні. Також, у першому розділі вперше створена і апробована математична модель руху твердого тіла на пружних опорах у вигляді рівнянь механіки руху твердих тіл в квазістатичному наближенні, яка дозволяє встановити положення судна та навантаження в розрахунковий момент часу з урахуванням зміни положення судна (вертикальне та кутове переміщення) під час спуску. На основі отриманої, у другому наближенні, математичної моделі проведені розрахунки спуску суден та виявлено такі закономірності: положення максимального значення реакцій стабільно протягом спуску, зменшення ширина зіткнення між балоном і днищем судна (звуження суду) істотно зменшує реакції; максимальні реакції, протягом спуску, змінюються на 15…20%. Проведено дослідження по оптимізації вибору пневматичних балонів та виявлено, що максимальний діаметр балонів і мінімальна відстань між ними забезпечують максимально безпечне положення судна. На основі проведених досліджень удосконалена технологія спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів за рахунок застосування пневматичних балонів. В четвертому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування реновації похилого повздовжнього стапеля, порівняльний аналіз вартості спуску судна на традиційних спускових пристроях та на пневматичних балонах. Отримав подальший розвиток техніко-економічний аналіз спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів. Проведено порівняння вартості ремонту похилого поздовжнього стапеля «0» Чорноморського суднобудівного заводу і реновації його для спуску на пневматичних балонах. За отриманими даними створення плоскій поверхні стапеля для спуску судна на пневматичних балонах в 2,5…3,6 рази дешевше ніж ремонт. Для проведення порівняльного аналізу вартості спуску судна розрахована вартість спуску на традиційному спусковому пристрої за даними Чорноморського суднобудівного заводу та орієнтовна вартість спуску на пневматичних балонах. Застосування пневматичних балонів для спуску суден з поздовжніх стапелів дає економію коштів в 1,64 рази при одноразовому використанні балонів, та 4,2 рази за рахунок багатократного їх використання без додаткових витрат. Наукова новизна отриманих результатів полягає в теоретичному розв’язанні задачі спуску суден з існуючих похилих поздовжніх стапелів шляхом їх реновації та заміни традиційних спускових пристроїв на пневматичні балони. У результаті дослідження: на основі техніко-економічного аналізу металоємності, міцності та технологічності обрано раціональні конструкції металевих та залізобетонних проставок для створення плоскої поверхні стапеля; вперше створено та апробовано математичну модель руху твердого тіла на пружних опорах у вигляді рівнянь механіки руху твердих тіл у квазістатичному наближенні, яка дозволяє встановити положення судна та навантаження в розрахунковий момент часу; вперше досліджено та отримано нові кількісні і якості характеристики поведінки системи «судно-балони» в процесі спуску судна на воду з похилого поздовжнього стапеля; удосконалена технологію спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів шляхом використання пневматичних балонів; отримав подальший розвиток техніко-економічний аналіз спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів. Практичне значення отриманих результатів: Розроблений спосіб реновації існуючих поздовжніх стапелів дозволяє спускати судна з них на пневматичних балонах без руйнування стапельної плити шляхом заповнення простору між доріжками спеціальними міцними проставками. Розроблений стандарт підприємства на спуск суден на пневматичних балонах з похилих поздовжніх стапелів може використовуватися в науководослідних і проектно-конструкторських організаціях, на суднобудівних і судноремонтних заводах України. Результати проведених досліджень впроваджені в навчальний процес у кораблебудівному інституті НУК.
Удосконалення методики розрахунку льодових навантажень на бурові платформи для Азово-Чорноморського басейну
(2018) Заєць, А. Ю.; Zaiets, Anastasiia; Бондаренко О. В.
Заєць А. Ю. Удосконалення методики розрахунку льодових навантажень на бурові платформи для Азово-Чорноморського басейну. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 – «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2018. У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-прикладна задача удосконалення процесу проектування бурових платформ на початковій стадії з урахуванням особливостей льодового режиму в Азово-Чорноморському басейні та на основі нейромережевого прогнозування товщини льодових утворень. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і завдання роботи, визначено об'єкт і предмет дослідження, представлено наукову новизну і практичну цінність результатів роботи. У першому розділі розглянуто стан проблеми визначення льодових навантажень з урахуванням особливостей умов Азово-Чорноморського басейну. Виконано аналіз перспективи видобутку вуглеводневої сировини на Азово-Чорноморському шельфі, зовнішніх умов досліджуваного регіону та особливостей видобутку вуглеводневої сировини в умовах Азово-Чорноморського басейну. Проаналізовано досвід використання бурових платформ в Азовському морі та типи бурових платформ для умов Азово-Чорноморського басейну. Причинами аварії при будівництві опорної конструкції для видобувної споруди виявилася відсутність досвіду зведення подібних споруд на шельфі та проблема визначення фактичних льодових навантажень на опорні конструкції морських споруд при впливі льодових полів і окремих льодових утворень, а також моніторингу та обліку фізичних властивостей льоду Азово-Чорноморського басейну. Розглянуті існуючі методики розрахунку льодових навантажень, у яких використовується, або максимальна зафіксована або визначена за емпіричними формулами товщина льоду. Вибрано актуальний напрямок дослідження, який полягає в розробці методики визначення льодового навантаження на підставі нейромережевих технологій, з урахуванням багаторічних реальних статистичних даних Азово-Чорноморського басейну та створенні нейромережевої моделі прогнозування та оцінки реальних льодових навантажень, яка дозволяє виробити рекомендації при проектуванні бурових платформ на шельфі Азово-Чорноморського басейну. Прикладним результатом виконання дисертаційної роботи є розробка програмного комплексу «Ice Loads v.1», що реалізує методику розрахунку льодових навантажень з урахуванням прогнозування товщини льодових утворень. Другий розділ присвячено опису алгоритму визначення льодових навантажень на бурові платформи з використовуванням нейромережевої моделі прогнозування товщини льоду. У якості інструмент для прогнозування товщини льодових полів пропонується використовувати нейронні мережі: однопараметричні і багатофакторні. Перевагою застосування нейромережевих технологій є можливість прогнозувати товщину льодових утворень, як на найближчі години, так і на весь термін експлуатації бурової платформи. Цей прогноз є гнучким, при змінах вхідних параметрів буде змінюватися і прогнозована товщина. Для попередньої оцінки льодового навантаження у дисертаційній роботі була розроблена однопараметрична нейронна мережа, яка прогнозує товщину льоду за статистичними даними товщини льоду, зібраних за деякий період. Для оцінки льодового навантаження в конкретній точці експлуатації бурової платформи в дисертації була розроблена багатофакторна нейронна мережа, в якій в якості вхідних даних крім товщини льоду так само вносяться дані про температуру повітря, швидкості вітру, рівень моря і тип погодних умов, згідно з метеорологічним кодуванням. Встановлено, що прогнозована товщина льоду, яка була отримана з використанням однопараметричної нейронної мережі практично збігається з реальними статистичними значеннями, а похибка не перевищує 5 %, а запропонований багатофакторний підхід дозволяє отримати прогноз товщини льоду в заданому регіоні з відносною похибкою, що не перевищує 1,5 %. Таким чином, багатофакторний підхід дозволяє підвищити точність прогнозу, однак вимагає великих обчислювальних потужностей і більше часу, який витрачається на навчання мережі. Ефективність застосування нейромережевого алгоритму полягає в скороченні часу розрахунків, оперативності оцінки льодової обстановки і проведенні більш складних математичних розрахунків, що в свою чергу надасть можливість вчасного прийняття оперативних заходів при виникненні загрози аварійної ситуації для вже існуючих споруд на шельфі Азовського моря та проведення комплексної оцінки навантаження при проектуванні бурових платформ для перспективних місць видобутку вуглеводної сировини. Третій розділ присвячено визначенню льодових навантажень, з урахуванням прогнозованої товщини льоду. У дисертаційній роботи розглянуто методики розрахунку льодових навантажень на бурові платформи з похилими гранями згідно ISO 19906, авторську методику К. Н. Шхінека, Правил Регістру морського судноплавства, APIRP 2N. В основі цих методик лежать моделі і методи Croasdale і Ralston. Важливим параметром в наведених методиках є товщина льоду. При цьому необхідно враховувати, що товщина льоду є змінною випадковою величиною. У дисертації виконано розрахунок льодових навантажень для існуючого проекту льодостійкої стаціонарної платформи ЛСП-1 з урахуванням отриманої за допомогою багатофакторної нейронної мережі прогнозованої товщини льоду. Для верифікації математичної моделі з розрахунку льодових навантажень на ЛСП-1 було виконано розрахунок льодових навантажень з урахуванням товщин льоду, які прийняті у якості розрахункових та визначення льодових навантажень з використанням прогнозованих товщин льоду. Розрахунок льодових навантажень з використанням прогнозованої товщини льоду дає досить точні значення льодових навантажень в порівнянні з навантаженнями, розрахованими з використанням реальної товщину льоду. Похибка не перевищує 5 %, що дозволяє в подальшому використовувати прогнозовані значення товщини льоду для розрахунку льодових навантажень. Четвертий розділ присвячено визначенню архітектурно-конструктивного типу бурових платформ для шельфу Азовського моря. Для вибору типу платформи у дисертаційній роботи були зроблені допущення величин параметрів зовнішніх впливів, які необхідно враховувати при проектування бурової платформи для шельфу Азовського моря. Було проведено аналіз і застосування зарубіжного досвіду проектування та експлуатації бурових платформ в умовах близьких до умов шельфу Азовського моря, який показав, що більше переваг матимуть льодостійкі стаціонарні платформи. Для визначення архітектурно-конструктивного типу бурової платформи в дисертаційній роботі були розраховані льодові навантаження на багато опорну платформу типу ЛСП-1 та одноопорну платформу типу СМОЛП, які мають похилу конструкцію в районі ватерлінії. Згідно розрахунків платформа типу ЛСП-1 піддається меншим льодовим навантаженням. Для забезпечення видобутку вуглеводної сировини протягом року для льодостійкої платформи типу ЛСП-1 в умовах Азовського моря були розраховані конструктивні параметри, що здатні зменшити вітро-хвильові навантаження в період, коли море не покрите льодом, та льодові навантаження в зимовий період. У роботі розглядаються три глибини постановки бурової платформи, на яких можна розробляти найбільш перспективні ділянки видобутку вуглеводної сировини – 8 м, 10 м та 12 м. Для цих глибин було розраховано кліренс платформи, який становить 7 м.
Визначення оптимальних головних розмірів ескортних буксирів
(2021) Ястреба, О. П.; Yastreba, Oleksii P.; Нєкрасов В. О.
Ястреба О. П. Визначення оптимальних головних розмірів ескортних буксирів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, МОН України, Миколаїв, 2021. В дисертаційній роботі розв’язано низку задач, які забезпечили досягнення поставленої мети наукового дослідження – створення методу визначення оптимальних головних розмірів і характеристик ескортних буксирів на етапі їх концептуального проектування. Розглянуто сучасні тенденції розвитку світового буксирного флоту, визначені шляхи підвищення ефективності та надійності ескортних буксирів. Проаналізовані особливості експлуатації цих суден з урахуванням зацікавленості судновласників отримання найбільшого прибутку з одного боку та власників буксирних компаній або керівництва порту з іншого боку. Виконано аналіз сучасного стану буксирного флоту України та оцінку його за кількісним та якісним показниками. Більша частина буксирів країни – застарілі (66 % мають вік більше 30 років) та не можуть ефективно працювати і бути конкурентоспроможними з новими суднами. Потужність енергетичної установки менше 1000 к. с. (42 % буксирів) не дає їм можливості обслуговувати великотоннажні судна. Надано рекомендації зміни складу буксирного флоту та потужності буксирів в залежності від кількості та дедвейту суден, які відвідують порт. Розглянуто найбільш відомі світові виробники ескортних буксирів, особливості їх роботи та перспективи розвитку. Виконано аналіз існуючих методів оптимізації визначення головних розмірів ескортних буксирів, розглянуті недоліки і переваги кожного методу. На основі аналізу основних елементів і характеристик 50 ескортних буксирів, які були побудовані з 2000 до 2020 року на провідних підприємствах всього світу, та створеної бази даних цих суден отримані регресійні рівняння. Ці рівняння можуть бути використані як для визначення основних елементів та характеристик ескортного буксира в першому наближенні при грубій оцінці його елементів, так і для формування початкової точки пошуку оптимальних значень елементів судна цього типу в оптимізаційній задачі проектування. Вперше розроблено модель інженерних та навігаційних якостей ескортного буксира, в якій на основі даних буксирувальних випробувань таких буксирів в дослідному басейні Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова розроблено метод визначення діючих на корпус буксира гідродинамічних сил, встановлено залежність цих сил від орієнтації буксира щодо набігаючого потоку рідини, швидкості потоку і характеристик форми корпусу, що необхідно для складання і розв’язання рівнянь руху буксира в задачах його функціонування і проектування. Вперше сформульовано задачу функціонування ескортного буксира, в якій основною функціональною операцією обрано обслуговування буксиром сукупності суден різних типів і водотоннажності, які прибувають в морський порт, що дозволяє ескортному буксиру певної потужності ефективно обслуговувати судна певних діапазонів водотоннажності. В якості методу розв’язання трансцендентних рівнянь руху ескортного буксира в цій операції обрано метод нелінійного програмування задачі пошуку безумовного мінімуму. Вперше як критерій ефективності обрано комплексний критерій економічної ефективності і надійності виконання буксиром основних функціональних операцій, що також враховує вимоги класифікаційних товариств щодо забезпечення безпеки ескортних операцій, обумовлених необхідністю компенсації обмеженої керованості супроводжуваних суден при малих швидкостях їх ескортування розвиненою керуючою силою ескортного буксира. Вперше на основі включення в оптимізаційну задачу вибору головних розмірів і характеристик ескортного буксира задачі його функціонування, запропонованих методів визначення діючих на корпус буксира гідродинамічних сил і рішення трансцендентних рівнянь його руху, а також вимог класифікаційних товариств щодо забезпечення безпеки ескортних операцій, отримано метод концептуального проектування ескортних буксирів. Практичне значення одержаних результатів Виконані чисельні розрахунки розв’язання трансцендентних рівнянь руху ескортного буксира під час виконання ескортних операцій та порівняні результати цих розрахунків з результатами натурних випробувань ескортних буксирів. На основі цих розрахунків і порівнянь розроблено методику присвоєння проектованому буксиру ескортного класу без проведення натурних випробувань, яка рекомендована Регістром судноплавства до практичного використання. Ця методика та багаточисельні розрахунки оптимізаційної задачі вибору головних розмірів свідчать про можливість використання створеного методу при проведенні дослідження ефективності ескортного буксира та визначення його характеристик на концептуальній стадії проектування в проектно-конструкторських і науково-дослідних організаціях. Розроблено комплекс прикладних програм “EscortTug”, який забезпечує проведення досліджень ефективності і надійності ескортного буксира та отримання рішення задачі вибору основних характеристик на стадії концептуального проектування. Результати дослідження використані в навчальному процесі Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова при читанні лекцій з курсу ходовості та керованості суден. Розроблені методи визначення зусиль, діючих на корпус буксира під час ескортування, знайшли застосування в проектній організації «АСАБА ДИЗАЙН ЦЕНТР».
Наукові основи проектування і підвищення захисту метал-скляними матеріалами елементів суден для радіоактивних вантажів
(2019) Казимиренко, Ю. О.; Kazymyrenko, Y. A.; Дубовий О. М.
Казимиренко Ю. О. Наукові основи проектування і підвищення захисту метал-скляними матеріалами елементів суден для радіоактивних вантажів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальностями 05.08.03 – конструювання та будування суден (135 – суднобудування); 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів (161 – хімічні технології та інженерія). – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2019 р. Запропоновано, теоретично обґрунтовано та досліджено вирішення науково-технічної проблеми розробки принципово нового наукового підходу до проектування елементів суден і плавучих споруд для радіоактивних вантажів, в основу якого покладено дотримання умов теплової безпеки та теорію захисту конструкцій на основі фізико-хімічних процесів створення нових композицій з полі- та ультрадисперсною структурою шляхом поєднання скляних мікросфер і порошків з металами методами спікання та електродугового напилення. Во вступі обґрунтовано актуальність дисертаційного дослідження за двома спеціальностями, де вирішення проблем з конструювання і будування суден досягається шляхом створення нових комплексно-захисних матеріалів і покриттів на основі скла; наведено зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами; визначено об’єкт і предмет досліджень, поставлені мета і завдання; наведено методи та інформаційну базу досліджень, обґрунтованість наукових положень, висновків і рекомендацій; сформульовано наукову новизну та практичну цінність роботи (окремо за кожною спеціальністю); викладено відомості про апробацію та впровадження результатів. У першому розділі наведено нормативна база та умови перевезення радіоактивних вантажів (РАВ) водним транспортом, їх класифікація та властивості; за викладеним досвідом вітчизняних та зарубіжних компаній проаналізовано конструктивні особливості суден-прототипів, висвітлено проблематику і практику проектування, наведено досвід сучасних наукових шкіл та проектних організацій, розглянуто дослідження теплових процесів в задачах технічних засобів для радіоактивних вантажів; проаналізовано корозійні пошкодження цистерн для рідких РАВ та технологічні напрямки підвищення захисту. Розглянуто методи, критерії та інформаційні ресурси оцінювання технічного стану суднових конструкцій. Визначено умови експлуатації та напрямки застосування неметалічних та ультрадисперсних матеріалів для формування шаруватих конструкцій суден; висвітлено сучасний досвід застосування стекол в технологіях ізолювання радіоактивних відходів та проаналізовано радіаційні дефекти в стеклах; розглянуто використання порожніх скляних мікросфер в технологіях виготовлення суднобудівних та рентгенозахисних матеріалів; обґрунтовано теоретичні і технологічні передумови з’єднання стекол з металами. У другому розділі [1, 5, 18, 31] наведено науково-методичну базу дисертаційного дослідження, яка пов’язує розробку нових наукових засад в області суднобудування з проведенням теоретичних і експериментальних досліджень з розробки нових матеріалів і покриттів з переважним впливом на фізико-хімічні процеси формування їх структури і властивостей скляної складової. Висунуто наукові гіпотези; надано теоретичне обґрунтування щодо вибору стекол систем Na2O‒B2O3‒SiO2, Na2O‒CaO‒SiO2, K2O‒PbO‒SiO2, металевих порошків та зварювальних дротів, наведено їх характеристики. Сформульовано дослідницькі завдання, теоретичні передумови постановки та методи досліджень. Охарактеризовано елементи біологічного захисту: модульного типу, що встановлюються, в основному, на суховантажних суднах, та блоків ‒ для плавучих споруд, на яких зберігаються радіоактивні відходи у рідкому та твердому агрегатному станах. Сформульовано проектні, конструкторські та технологічні завдання, обрано методичне забезпечення з теоретичними і експериментальними методиками. Третій розділ [6, 21, 22, 25, 35, 36, 38‒40, 41, 43] досліджено структуру, морфологію та процеси розм’якшення порожніх скляних мікросфер (система Na2O‒B2O3‒SiO2) та порошків, одержаних механічним здрібненням до дисперсності 10…90 мкм бою кришталевого посуду (система Na2O‒CaO‒SiO2) та рентгенозахисного скла дифрактометра (система K2O‒PbO‒SiO2). Удосконалено конструкцію та виготовлено лабораторний зразок експериментальної установки для спікання у вільному стані та гарячого пресування металевих і неметалевих порошків, за допомогою якої можна досліджувати термодеформаційні та усадочні процеси. Розроблено спосіб отримання склоалюмінієвих матеріалів, який полягає у гарячому пресуванні (Р = 0,7…1,2 МПа, t = 375…490 °С) формувальної суміші, яка складається зі скляних мікросфер з порошком або пудрою алюмінію у рівних об’ємних долях з наступною ізотермічною витримкою при t = 600…700 °С. Спосіб дає змогу виготовляти плитки, для кріплення яких до сталевої поверхні конструкцій запропоновано клейову композицію на основі ЕД-20 з додаванням порожніх скляних мікросфер. Досліджено фізико-хімічні процеси, які відбуваються під час спікання, а саме: усадочні процеси; вигоряння силанового апрету та утворення ультра- та мікропор, які завдяки капілярному ефекту та зовнішньому тиску заповнюються рідким алюмнієм; лікваційні процеси у структурнонеоднорідних стінках мікросфер; утворення локальних ділянок спечених між собою мікросфер з утворенням на поверхні поділу α-тридиміту з розміром областей когерентного розсіювання до 90 мкм. Встановлені закономірності порівняно з процесами спікання скляних мікросфер з іншими металевими порошками (бронзою та бабітом). Досліджено фізико-хімічні процеси структуроутворення на сталевій підкладці із Ст3 електродугових покриттів на основі Св-08Г2С і Св-АМг5, наповнених скляними мікросферами і одержаними порошками: це адгезійні та когезійні процеси через оплавлення поверхні скляних частинок і накопичення склофази; лікваційні процеси під час короткочасного температурного впливу, які на відміну від порошків відбуваються у стінках порожніх скляних мікросфер; формування у покриттях на основі Св-08Г2С на поверхні поділу сталь‒скло нової ультрадисперсної фази Fe5Si3. Встановлені закономірності порівняно з напиленням керамічних (алюмосилікатних) мікросфер. У четвертому розділі [9, 18, 23, 24, 26‒29, 32‒34, 37, 41] надано теоретичне і експериментальне обґрунтування доцільності застосування розроблених матеріалів і покриттів для проектування та виготовлення за їх участю елементів біологічного захисту, науковим підґрунтям для чого є: наведений у аналітичному вигляді вплив пористості і об’ємного вмісту скляних наповнювачів на ефективні механічні характеристики композицій; розрахунково-експериментальні дослідження демпфіруючих властивостей, зокрема коефіцієнта вібраційних втрат та коефіцієнта розсіювання енергії, залежно від об’ємного вмісту скляних наповнювачів результати досліджень їх теплопровідності та рентгенозахисних характеристик та моделювання процесу послаблення іонізуючих випромінювань елементарними комірками. Досліджено вплив скляних включень на радіаційну стійкість метал-скляних електродугових покриттів в умовах γ-випромінювань Со60, в результаті чого розроблено модель поверхневого зміцнення метал-скляних електродугових покриттів дифузним потоком, де фізична постановка задачі полягає у формуванні під дією теплових ефектів температурних полів; при поглинанні теплоти кожним із шарів покриття в місцях найбільшої концентрації напружень формуються наноструктурні елементи. Розроблена модель описує характер зміцнення метал-скляного покриття в умовах транспортування РАВ, які є джерелами γ-випромінювань, та дає нові наукові уявлення про механізми поглинання теплової енергії під час опромінення шарами структурнонеоднорідних композицій з утворенням субструктурних елементів. Граничні умови руйнування метал-скляного шару конструкцій в умовах підвищених температур і опромінення описані у вигляді удосконаленої термомеханічної моделі поведінки в умовах теплових ефектів, яка на відміну від моделей, запропонованих для сферопластиків, дає змогу на мікрорівні прогнозувати умови руйнування по поверхні поділу скло‒метал в залежності від пористості, об’ємного наповнення склом та діаметра ПСМ. Експериментально досліджено термостійкість та корозійну стійкість опромінених метал-скляних покриттів у розчинах кислот. П’ятий розділ [11, 12, 15‒17, 26, 30] містить постановку і розв’язання за допомогою методів системного аналізу задач: підвищення якості композитних суднових конструкцій; управління процесами підвищення техніко-економічних показників під час проектування елементів біологічного захисту за умовами дотримання експлуатаційних вимог та шляхом варіювання характеристиками розроблених матеріалів і покриттів; інформаційної підтримки оцінювання технічного стану. Для цього шляхом побудови причинно-наслідкових діаграм виявлено конструктивні та виробничо-технологічні дефекти, розроблено заходи щодо їх попередження. Проектну оцінку підвищення техніко-економічних показників елементів біологічного захисту представлено у вигляді двох когнітивних моделей з реалізацією взаємного впливу внутрішніх і зовнішніх факторів шляхом формування матриці суміжності. На підставі експериментальних випробувань запропоновано класифікацію експлуатаційних дефектів, в основу якої покладено пошкодження матеріалів та зміна їх структури внаслідок опромінення, температурних факторів, хімічно активних середовищ, механічних пошкоджень під час вантажно-розвантажувальних робіт. Для систематизації інформації розроблено нову інформаційно-пошукову систему «PROTECTIVE COATINGS DATA» з масивом документально фактографічного типу, до якого заносяться технологічні режими підготовки поверхні, напилення, гарячого пресування; інформація щодо властивостей, характеристики вихідних компонентів з графічними об’єктами, результати випробувань зразків, що дасть змогу виключити певні ремонтні роботи через вживання профілактичних заходів. Діагностика здійснюється шляхом порівняння мікроструктур та властивостей зразків при відборі проб з вихідними даними; розроблено алгоритм оцінювання технічного стану композитних конструкцій. У шостому розділі [3, 5, 6, 14, 20] удосконалено теоретичний підхід до проектування модулів біологічного захисту, який враховує його раціональне розташування на суховантажному суді, алгоритмізацію вантажних операцій за дотриманням умов міцності та прогнозування руйнування при виникненні пожежонебезпечних ситуацій під час транспортування РАВ середньої і високої активності. Для цього удосконалено модульну конструкцію біологічного захисту, панелі якої виготовлено з радіаційно-стійкого бетону з облицюванням з одного боку листовою вуглецевою сталлю з нанесеним метал-скляним шаром, що дає змогу у порівнянні з існуючими варіантами приблизно на 10 % знизити масу, розширивши тим самим асортимент вантажів та підвищивши завантаженість судна. Розроблено практичні рекомендації щодо виготовлення тришарових панелей та монтажу конструкції у трюмі суховантажного судна. Запропоновано модель функціонування судна, яка включає у себе розробку нової інформаційної системи та розв’язання оптимізаційної задачі щодо ефективного розміщення модуля біологічного захисту як великої вантажної одиниці на суховантажному судні разом з іншими вантажами за критеріями мінімізації сталійного часу. Ефективність застосування захисних модулів підтверджено моделюванням процесів руйнування конструкцій у пожежонебезпечних ситуаціях на судні, для чого сформульовано та розв’язано у пружній постановці методом скінчених елементів задачу короткочасного термічного навантаження панелі модуля. У сьомому розділі [2, 7‒9, 13, 19, 20, 42] науково обґрунтовано та запропоновано новий підхід до проектування елементів біологічного захисту плавучих споруд, який полягає у моделюванні проектної ситуації з позицій обмежень за потужністю остаточного тепловиділення РАВ. Для цього вперше досліджено процеси теплообміну між вантажами та повітрям, яке циркулює у просторі подвійного борту і дна: сформульовано і розв’язано у спряженій та плоскій постановці на прикладі суднової цистерни з багатошаровою стінкою стаціонарну задачу про тепловий стан вантажної зони, яка враховує потужність остаточного тепловиділення РАВ (Q = 2…20 кВт), теплопровідність кожного з шарів та дозволяє визначати розподіл температур і потоків повітря в умовах природньої конвенції, що дає змогу моделювати проектну ситуацію та обирати найбільш раціональне конструктивно-компонувальне рішення для безпечного зберігання РАВ на плавучих спорудах. Встановлено вплив метал-скляного захисного шару на зниження температури з найбільш розігрітих ділянок вантажної зони плавучої споруди та проектні обмеження (Qпит = 230 Вт/м3). Розроблено конструкторські рекомендації щодо вибору раціональних конструктивно-компонувальних рішень, які забезпечують не тільки умови теплової безпеки на плавучих спорудах, а й сприяють зниженню маси блока більш ніж у два рази за рахунок можливого зменшення товщини шару бетонної заливки навколо бака з 800 мм до 200 мм. Показано можливість застосування розроблених метал-скляних електродугових покриттів для захисту внутрішніх поверхонь вертикальних цистерн, у яких зберігаються рідкі РАВ. Технологічні заходи також включають у себе нові способи виготовлення і ремонту деталей запірної арматури (клапанів, фланців, кранів) вантажних систем, які часто зношуються при зберіганні рідин та під час дезактивації. У восьмому розділі [4, 10] розвинуто теоретичні, методичні, практичні засади підвищення інноваційної привабливості нових технічних рішень у проектуванні і виготовленні за участю метал-скляних матеріалів та покриттів елементів біологічного захисту суден і плавучих споруд, призначених для транспортування та зберігання радіоактивних вантажів. Удосконалено принципи оптимального вибору раціонального конструктивного рішення для елементів біологічного захисту шляхом формування комплексного коефіцієнту технологічності, які ґрунтуються на порівнянні різних варіантів конструкцій з урахуванням нових матеріалів і технологій захисту, що є необхідним для розробки організаційно-технічних заходів і прогнозування динаміки формування факторів економічної ефективності. Результати роботи впроваджено у наукові, проектні, виробничі установи та у навчальний процес Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. У додатках (окрема частина) наведено допоміжні матеріали (нормативні документи, інструкції, методики, схеми випробувань тощо, тексти програм), акти впровадження, копії патентів, список публікацій здобувача.
Удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій
(2019) Литвиненко, Д. Ю.; Lytvynenko, D.; Коростильов Л. І.
Литвиненко Д. Ю. Удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, МОН України, Миколаїв, 2019. В дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-прикладну задачу з удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднокорпусних конструкцій. Виконано аналіз існуючих методів розрахунку втомної міцності суднокорпусних конструкцій, в результаті чого отримала подальший розвиток їх класифікація за типом показника інтенсивності накопичення втомного пошкодження. Також в результаті аналізу виділені недоліки і переваги кожного методу, показано переваги і доцільність використання експериментально-теоретичного методу для вирішення різного типу практичних задач втомної міцності зварних конструктивних вузлів і розробки відповідних практичних методик. Вперше на основі базового варіанту експериментально-теоретичного методу, з урахуванням впливу на показники втоми основних факторів, розроблено критеріальні залежності для типового концентратора напружень, які дозволяють виконувати оцінку його втомної міцності при стохастичному навантаженні. Надійність таких критеріальних залежностей перевірялась порівнянням результатів їх застосування для визначення величини втомного пошкодження із результатами, отриманими за допомогою методів, які рекомендовані Міжнародним інститутом зварювання. Перевірка виконувалась на прикладі вузла перетину поясків рівновеликих балок. Величина втомного пошкодження вузла розрахована з використанням модифікованого експериментально-теоретичного методу, перевищувала всього на 12,5 % результат, визначений методом номінального напруження. Отриманий експериментально-теоретичним методом результат був нижчим на 10,76 % ніж величина втомного пошкодження, визначена методом фіктивного закруглення концентратора напружень, і тільки на 3,41 % перевищував результат використання методу напруження в «гарячій» точці. На основі виконаного аналізу практично не виявлено впливу середніх номінальних напружень циклу на малоциклову область кривої втоми типового концентратора. Таким чином, криві втоми для випадку регулярного навантаження прийнято будувати за базовими розрахунковими залежностями експериментально-теоретичного методу. Крива втоми суднокорпусного вузла побудована за базовими розрахунковими залежностями експериментально-теоретичного методу для імовірності руйнування конструкції Pf = 50 % мала середнє відхилення від експериментальних даних в малоцикловій області величиною 2,5 МПа в бік заниження втомної міцності, тобто в безпечний бік. Для розрахунку теоретичних коефіцієнтів концентрації напружень в конструктивних вузлах, обумовлених стиковими та кутовими зварними швами, вперше запропоновано використовувати величини радіусів та кутів нахилу профілю таких швів в місці переходу від основного до наплавленого металу, значення яких при заданому рівні забезпеченості визначаються на базі результатів статистичної обробки великої серії опублікованих у літературі даних з врахуванням виду зварювання. В результаті такої статистичної обробки побудовані гістограми та криві, що їх вирівнюють, визначені математичні сподівання, середньоквадратичні відхилення та параметри логнормального розподілу величин радіусів та кутів нахилу профілів швів в місці переходу від основного металу до металу шва. Це дозволяє отримати результат без виконання натурних замірів зазначених величин. Удосконалено метод розрахунку теоретичного коефіцієнта концентрації напружень зварного суднокорпусного вузла добутком коефіцієнта концентрації від загальної геометрії та коефіцієнта концентрації зварного шва при узагальнених значеннях його геометричних параметрів. Це дозволяє суттєво спросити розрахунки та отримати результат із незначним завищенням величини шуканого коефіцієнта. Можна виділити наступні можливі напрямки подальших досліджень за тематикою роботи. a) Уточнення розрахункових залежностей експериментально-теоретичного методу для розрахунків при навантаженні стохастичного характеру. Таке уточнення повинно базуватись на результатах експериментальних досліджень втомної міцності моделей суднокорпусних вузлів при моделюванні реального хвильового навантаження. b) Визначення параметрів логнормального розподілу радіусів і кутів у місці переходу від основного металу до наплавленого для видів зварювання, що не розглядались в дисертаційному дослідженні, а також уточнення отриманих у даній роботі параметрів. c) Розширення сфери застосування експериментально-теоретичного методу для розрахунків на втому суднокорпусних вузлів із алюмінієво-магнієвого сплаву. d) Подальше удосконалення методу визначення теоретичних коефіцієнтів концентрації напружень зварних суднокорпусних вузлів добутком коефіцієнта концентрації залежного від його загальної геометрії та коефіцієнта концентрації зварного шва. Практичне значення одержаних результатів. 1. Розроблено алгоритм оцінки втомної міцності типових осередків концентрації напружень при нерегулярному навантаженні з використанням гіпотези лінійного підсумовування втомних пошкоджень для навантаження з неперервним або ступінчастим розподілом. 2. Отримано параметри розподілу радіусів та кутів нахилу профілю стикових та кутових зварних швів для різних видів зварювання, які використовуються для визначення локального напружено-деформованого стану та концентрації напружень у зварних суднокорпусних вузлах. 3. На базі експериментально-теоретичного методу розроблено методики для розв’язку задач оцінки втомної міцності суднокорпусного вузла при регулярному і стохастичному навантаженні, а також проектування вузла та визначення параметрів допустимого навантаження за умови забезпечення заданого рівня втомної міцності. Вказані методики можуть бути застосовані на стадії проектування суден, а також для визначення залишкового ресурсу конструкцій суден, що експлуатуються. 4. Розроблено програмне забезпечення «ETM fatigue», яке дозволяє автоматизувати побудову кривих втоми суднокорпусних вузлів та розв’язок типових задач втомної міцності з використанням експериментально-теоретичного методу. Розроблені в роботі методики впроваджено у ТОВ «МАРІН ДИЗАЙН ІНЖИНІРІНГ МИКОЛАЇВ» (м. Миколаїв) для виконання оцінки втомної міцності суднокорпусних конструкцій. Результати роботи також впроваджено в навчальний процес при викладанні дисциплін студентам і аспірантам Кораблебудівного навчально-наукового інституту Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова.

Переглянути

Нові надходження