Abstracts and references
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2016
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115656 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Abstracts and references // Проблемы машиностроения. — 2016. — Т. 19, № 4. — С. 69-80. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859864190354718720 |
|---|---|
| citation_txt | Abstracts and references // Проблемы машиностроения. — 2016. — Т. 19, № 4. — С. 69-80. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| first_indexed | 2025-12-07T15:47:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 69
Power Engineering
Rusanov R. A., Rusanov A. V., Lampart P. and Chugay M. A. Improving the efficiency of radial-
axial rotors of turbine stages through the use of complex lean of trailing edges .........................................6–11
The influence of shape of the blade trailing edges on the flow patterns and integral flow characteristics of the
radial-axial turbine rotors is investigated. Also a modified analytical method of design of spatial blades of ra-
dial-axial rotors with complex lean of leading and trailing edges is proposed. A radial-axial rotor designed for a
turboexpander unit of a complex gas treatment plant working in a gas condensate field is chosen as an object of
investigations. Three types of rotors are considered having the same geometry of meridional contours, but differ-
ing in shape of blade trailing edges. In the first variant of the rotor its blades have radial trailing edges, in the
second variant the trailing edges are straight with circumferential lean, and in the third variant they are de-
signed in the form of arcs leaned in the circumferential direction. It is shown that the application of complex
lean of trailing edges of low-loaded radial-axial rotor blades allows us to increase the flow efficiency by 3.1%
compared with the rotor blades having radial trailing edges.
Keywords: radial-axial turbine, flow part, analytical method of profiling, spatial flow, numerical modeling,
complex lean.
Проведено исследование влияния формы выходной кромки на структуру потока и интегральные харак-
теристики проточной части, а также предложен модифицированный аналитический метод задания
пространственных радиально-осевых рабочих колес (РК) со сложными навалами входных и выходных
кромок. В качестве объекта исследования выбрано радиально-осевое РК, предназначенное для турбины
турбодетандерного агрегата установки комплексной подготовки газа, работающей на одном из
газоконденсатных месторождений. Рассмотрено три типа РК, имеющих одинаковую геометрию
меридиональных обводов, но отличающихся формой выходных кромок. В первом варианте РК выходные
кромки радиальные, во втором – прямые с окружным навалом, а в третьем – в виде дуги, наваленной в
окружном направлении. Показано, что использование сложного навала выходных кромок низконагру-
женного радиально-осевого РК позволило повысить КПД на 3,1% по сравнению с конструкцией с ради-
альными выходными кромками.
Ключевые слова: радиально-осевая турбина, проточная часть, аналитический метод профилирования,
пространственное течение, численное моделирование, сложный навал.
References
1. Pasquale, D., Ghidoni, A., Rebay, S. (2013). Shape Optimization of an Organic Rankine Cycle Radial Tur-
bine Nozzle. J. Eng. Gas Turbines Power, 135 (4): 042308–1–042308–13.
2. Jacob, P. A., Ventura, C., Rowlands, A. S., Sauret, E. (2012). Preliminary design and performance estima-
tion of radial inflow turbines: an automated approach. Trans. ASME: Journal of Fluids Engineering, 134:
1–13.
3. Rusanov, A.V., Moiseev, S.V., Sukhorebryi, P.N. Kos'ianova, A.I, Rusanov, R.A. (2012). Metod proekti-
rovaniia vysokoeffektivnykh protochnykh chastei turbodetan-dernykh agregatov [Method of designing of
high-efficiency flow part of turbo expanding assembly] Aviatsionno-kosmicheskaia tekhnika i tekhnologiia
[Aerospace Engineering and Technology]. 8(95): 67–72.
4. Rusanov, A., Rusanov, R., Lampart, P. (2015). Designing and updating the flow part of axial and radial-
axial turbines through mathematical modelling. Open Engineering (formerly Central European Journal of
Engineering), 5: 399-410. DOI 10.1515/eng-2015-0047, Online ISSN 2391-5439.
5. Rusanov, R.A., Rusanov,
A.V., Lampart, P., Chugay, M.A. (2016). Analytical method for profiling of ra-
dial stator blades of turbine stages. Journal of Mechanical Engineering. 19(3): 5–11. ISSN 0131-2928.
6. Klonowicz, P., Heberle, F., Preißinger, M., Brüggemann, D. (2014). Significance of loss correlations in
performance prediction of small scale, highly loaded turbine stages working in Organic Rankine Cycles.
Energy, 72: 322–330.
7. Kurzrock, J.W. (1989). Experimental Investigation of Supersonic Turbine Performance. Am. Soc. Mech.
Eng, 89: 238.
8. Yershov, S. V., Rusanov, A. V. (1996). C. A. The complex program of calculation of three-dimensional gas
flows in multistage turbomachinery «FlowER». State Agency of Ukraine on Copyright and Related Rights,
PA number 77: 1.
9. Rusanov, A. V., Yershov, S. V. (2008). Mathematical modelling of unsteady gasdynamic processes in the
turbomachine settings. IPMach NAS of Ukraine: 275.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 70
Parafeynik V. P., Shcherbakov N. S., Ryabov A. A., Shevchuk V. V., Raznoshynskyy V. N.,
Tertyishnyiy I. N. and Prilipko S. A. Selection of Systemic Characteristics for Turbo-Compressor
Package Based on Efficiency Analysis According to Full Scale Tests Results. Part I...............................12–18
The methodology of efficiency analysis of gas turbine turbo-compressor package and its systems to select the
systematic characteristics and more appropriate mode of its operation at pre-design studies stage while
creating new equipment for gas pipelines compressor stations will be finalized in the present work based on the
full-scale results of bench and prototype models of the series-produced turbo-compressor package GPA-C-6,3A
manufactured by Sumy NPO PJSC and State Enterprise “Ivchenko Progress”. The first part of the work presents
the target of research, i.e. modular package designed for line compressor stations and equipped with centrifugal
compressor NC-6,3/56В-1,45 providing outlet pressure of compressed gas 5,49 MPa and gas turbine D-336.
The main design solutions and the special features of the package which predetermine the package design layout
as well as general approach for method development of thermodynamic analysis of the package of container
type are considered. Also the work presents the requirements to scope of testing of separate systems including
parameters data for operation of centrifugal compressor, gas turbine, auxilliary systems of the package to
perform thermodynamic analysis of its operating process when the package runs under conditions of back-to-
back test rig.
Keywords: turbo-compressor package, centrifugal compressor, gas turbine engine, compressor polytropic effi-
ciency, turbine effective efficiency, package integral characteristics, package systematic characteristics, exergy
approach.
В настоящей работе на основе результатов натурных испытаний стендового и опытного образцов се-
рийного турбокомпрессорного агрегата типа ГПА-Ц-6,3А разработки ПАО «Сумское НПО» и ГП «Ив-
ченко-Прогресс» уточнена методология анализа эффективности газотурбинного турбокомпрессорного
агрегата и его систем с целью выбора системной характеристики и наиболее целесообразного режима
его работы на стадии предпроектных исследований в процессе создания нового оборудования для ком-
прессорных станций магистральных трубопроводов. В первой части работы представлен объект ис-
следования – блочно-комплектный агрегат, предназначенный для линейных компрессорных станций и
оснащенный центробежным компрессором НЦ-6,3/56В-1,45, обеспечивающим конечное давление ком-
примируемого газа на уровне 5,49 Мпа, и газотурбинным двигателем Д-336. Рассмотрены основные кон-
структивные решения и особенности агрегата, предопределяющие компоновочную схему агрегата, а
также общий подход к разработке методики термодинамического анализа агрегата контейнерного
исполнения. Также в работе сформулированы требования к объему испытаний отдельных систем,
включающие данные по параметрам работы центробежного компрессора, газотурбинного двигателя,
вспомогательных систем агрегата с целью осуществления термодинамического анализа его рабочего
процесса при работе агрегата в условиях стенда замкнутого контура.
Ключевые слова: турбокомпрессорный агрегат, центробежный компрессор, газотурбинный двигатель,
политропный КПД компрессора, эффективный КПД двигателя, интегральная характеристика агрега-
та, системная характеристика агрегата, эксергетический подход.
References
1. Sokolov S.G. Aircraft Turbo-Compressor Packages and Efficiency Increasing Methods. Abstract of PhD
Thesis in Engineering Science : 05.04.06/MICE.-М.; 1984.-18p. (Moscow Institute of Chemical engineer-
ing)
2. Parafejnik V.P. “Systematic Approach to Operation Condition Analysis of Gas Turbine of Turbo-
Compressor Package” Heat Process Engineering 2006 (T28,3):54-61.
3. Parafejnik V.P., Petukhov I.I., Frolov S.D., Shakhov Yu. V. “System Analysis of Aircraft Modular Turbo-
Natural Gas Compressor Unit Efficiency” Bulletin of Drive Engineering. 2003 (2): 29-36.
4. Prilipko S.A., Parafejnik V.P., Tertyshnyi I.N. “Analysis of Gas Turbine Natural Gas Modular Turbo-
Compressor Unit Efficiency” Industrial Gases. 2012 (4): 42-50.
5. Parafejnik V.P., Nefyodov A.N., Evdokimov V.E., Tertyshnyi I.N. “ Regards Optimization of Natural Gas
Centrifugal Compressors Rotor Bundle Geometry” Compressor equipment and Pneumatic. 2012 (2): 18-25.
6. Tertyshnyi I.N., Parafejnik V.P., Nefyodov A.N., Rogalskii S.A. “Efficiency Analysis of Centrifugal Com-
pressor as Complex Energotechnological System” Compressor and Power Engineering. 2014 (4): 6-10.
7. Sagitov R.R. “Increasing Efficiency of CS Components Operation Based on Exergy Analysis” Abstract of
PhD Thesis in Engineering Science Spec. 05.14.04 “Industry Thermal Power Engineering”. – Moscow.
2014. 167p.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 71
8. Tsatsaronis G. “Interaction of Thermodynamics and Economics to Minimize Price of Energy-Converting
System” Odessa: Negotsiant. 2002. 152p.
9. Morosuk T., Tsatsaronis G. “A new approach to the exergy analysis of absorption refrigeration machines”
Energy 2008(33): 890-907.
10. Bratuta E.G., Tarasova V.A., Kharlampidi D.Kh., Sherstyuk A.V. “Thermoeconomic Approach to Diagnos-
tics of Cold-Producing Machines and Heat pumps” Refregirating Engineering and Technology. 2013(5):
39-44.
11. Matsevityi Yu.M., Bratuta E.G., Kharlampidi D.Kh., Tarasova V.A. “System-Structural Analysis of Steam
and Compressor Thermotransformers” National Academy of Sciences of Ukraine, Machine Engineering In-
stitute. Kharkov 2014.-269p.
12. Tertyshnyi I.N., Prilipko S.A., Miroshnichenko E.A., Parafejnik V.P. “Thermodynamic Analysis of Operat-
ing Process Efficiency of Booster Turbo-Compressor Packages with Gas Turbine Drive. Part І.” Engineer-
ing Industry Problems. 2015 (Т.18, 4/1):9-17.
13. Tertyshnyi I.N., Prilipko S.A., Parafejnik V.P. “Issues of Thermodynamic Analysis of Operating Process
Efficiency of Booster Turbo-Compressor Packages with Gas Turbine Drive . Part ІІ.” Engineering Industry
Problems. 2016 (Т.19, 2): 10-18.
14. Muravchenko O.F., Parafejnik V.P., Yepifanov S.V., Zelenskii R.P. “ Influence Analysis of Gas Turbine
Drive Systems on Turbo-Compressor Package Operation Efficiency” Aerospace Engineering and Technol-
ogy. 2001 (26): 24-30.
15. Khalatov A.A., Dolinskii A.A., Kostenko D.A., Parafejnik V.P. “ Condition and Development of Mechani-
cal Drive for Gas Transportation System of Ukraine” Heat-Process Engineering. 2010 (Т.32, 1):44-53.
Aero- and Hydromechanics in Power Machines
Babayev A. I., Goloschapov V. N. Application of impermeable screens to stabilize the flow in the
angle control valve .....................................................................................................................................19–24
Formation of vortex flow in the control valve is determined not only the transition to a separated flow of the
valve channel formed by the valve seat and the plug, but the conditions of steam supply to it. Most modern
designs of control valves has a one lateral inlet of steam. Therefore, when steam moves along the annular
section of the steam chest, cross section of the channel is unchanged and mass flow is decreased. For this
reason, a diffuser effect occurs in the stream. As a result, non-uniform velocity field is formed, promoting the
formation of separated flow in the inlet section of the valve channel. The main goal of the present work was to
investigate the possibility of improving the gas-dynamic characteristics of the control valve by installing an im-
permeable screen at the entrance to the steam chest. The object of investigation was adopted design of the con-
trol valve of the high pressure cylinder of turbine 200 MW. To investigate the effect of the installation of the im-
permeable screen to gas-dynamic flow characteristics has been developed a new design of the protective glass.
The proposed glass, unlike to the original, has an impermeable sector, located opposite to the inlet, and the ad-
ditional force racks located on the remainder of the circular sector. As a result, the calculation of three-
dimensional flow in the valve is determined that the installation of the screen with length α = 30–60 ° leads to an
increase in the efficiency of gas-dynamic of control valve. To skip the established steam consumption at nominal
mode at the valve without the screen relative pressure drop was 3,3%, with the screen – 2,1–2,4%. This reduc-
tion in pressure drop is observed in the investigated range in all modes. Analysis of the results showed a large
loss of energy in the original model of the valve caused, first of all, flow separation in the valve channel. This
flow separation from the surface of the valve seat profile observed in all investigated modes. The formation re-
verse flow negative impact on the reducing ability of the diffuser. In the variant of the control valve with the
screen design provides greater uniformity of flow in the inlet of the valve channel. When steam stream around
the screen is its redistributed. As a result, in the throat cross section of the saddle there is a more uniform
velocity field and there is no separating jet in the streamlined wall. With these conditions it is possible to sig-
nificantly increase reducing the ability of the diffuser. In conclusion, the work points out that the installation of
impermeable screen with length of 30 ° ...60 ° with forcer racks leads to increased gas-dynamic efficiency of
control valve due to the formation of the more uniform flow at the inlet of the valve channel. The increase losses,
when the steam flows around the screen and power racks, compensated by a significant increase in regenerative
ability of the diffuser. As a result, energy loss ratio in the diffuser and pressure drop desired of the model for the
control valve are reduced by 50%. The most effective is a screen length of α = 40 °.
Keywords: control valve, impermeable screen, steam turbine.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 72
Формирование вихревого течения в регулирующем клапане (РК) определяется не только переходом к
отрывному обтеканию клапанного канала, образованного седлом и основным затвором клапана, но и ус-
ловиями подвода пара к нему. Поскольку большинство современных конструкций РК имеет односторон-
ний боковой подвод пара, то по мере его продвижения вдоль паровой коробки сечение кольцевого канала
не изменяется, а расход пара уменьшается и в потоке проявляется диффузорный эффект. В результа-
те этого во входном участке клапанного канала формируется неравномерное поле скоростей, способ-
ствующее образованию отрывного течения. Основная цель представленной работы состояла в исследо-
вании возможности улучшения газодинамических характеристик РК за счет установки непроницаемого
экрана на входе в паровую коробку. В качестве объекта исследования была принята конструкция РК-2
ВД турбин мощностью 200 МВт. Для исследования влияния установки непроницаемого экрана на газо-
динамические характеристики потока разработана новая конструкция защитного стакана. Предла-
гаемый стакан, в отличие от исходного, имеет непроницаемый сектор, расположенный напротив вход-
ного патрубка, а также дополнительные силовые стойки на оставшейся кольцевой части. В результа-
те расчета трехмерного течения в клапане определено, что установка экрана протяженностью
α = 30–60° приводит к повышению газодинамической эффективности РК. Для пропуска заданного рас-
хода при номинальном режиме работы у клапана без экрана относительный перепад давлений составил
3,3%, с экраном – 2,1–2,4%. Данное снижение перепада давлений наблюдается во всем диапазоне иссле-
дованных режимов. Анализ результатов показал наличие больших потерь энергии в исходной модели
клапана, вызванных, в первую очередь, отрывным течением в клапанном канале. Данный отрыв потока
от профильной поверхности седла клапана наблюдался для всех исследованных режимов. При этом
формирование циркуляционного течения негативно сказывается на восстановительной работе диффу-
зора. В варианте конструкции РК с экраном в потоке обеспечивается большая равномерность при входе
в клапанный канал. При обтекании экрана происходит перераспределение потока. В результате этого в
горловом сечении седла наблюдается более равномерное поле скоростей и отсутствие отрыва струи
от обтекаемых стенок. При таких условиях подвода удается значительно повысить восстановитель-
ную способности диффузора. В заключение работы отмечается, что установка непроницаемого экрана
протяженностью 30–60° с силовыми стойками приводит к повышению газодинамической эффективно-
сти РК за счет формирования более равномерного потока на входе в клапанный канал. Увеличение по-
терь при обтекании экрана и силовых стоек компенсируется значительным увеличением восстанови-
тельной способности диффузора. В результате коэффициент потерь энергии в диффузоре и необходи-
мый перепад давлений для исследуемой модели РК уменьшаются на 50 %. Наиболее эффективным явля-
ется экран протяженностью α=40°.
Ключевые слова: регулирующий клапан, непроницаемый экран, паровая турбина.
References
1. Kostjuk, A. G., Kumenko, A. I., Nekrasov, A. L., Kalinin S. V. and Medvedev S. V. (2000) "Eksperimen-
talnyiy analiz pulsatsiy davleniy v paropodvodyaschih organah turboagregata" [Experimental analysis of
the pressure fluctuations in the turbine elements of steam supply]. Teplojenergetika, no. 6, pp. 50–57.
2. Kasilov V. F., Kalinin S. V., Gvozdev V. M., Kartashov V. S. and Emel'janov E. M. (2001) "Issledovanie
vibroaktivnosti reguliruyuschih klapanov sistemyi paroraspredeleniya TsVD turbinyi K-200-130" [Investi-
gation vibratory activity of control valves of steam distribution system of high pressure cilinder of turbine].
Teplojenergetika, no. 11, pp. 13–26.
3. Orlik, V. G. and Minenkov, Y. E. (2004) " Vozdeystvie avtokolebaniy reguliruyuschih klapanov parovoy
turbinyi na vibratsionnoe sostoyanie rotora" [The impact of self-oscillation control valve on the steam tur-
bine rotor vibration state]. Elektricheskie stantsii, no. 3, pp. 43–46.
4. Seregin, V. A. (1984) "Aerodinamicheskoe sovershenstvovanie klapanov parovyih turbin s tselyu sniz-
heniya poter davleniya v sisteme parovpuska" [Aerodynamic improvement of steam turbine valves to
reduce pressure losses in the steam input system], Ph. D. Thesis, Moscow Energetic Institute, Moscow,
Russia.
5. Zarjankin, A. E. and B. P. Simonov. (2005) Regulirujushhie i stoporno-regulirujushhie klapany parovyh
turbin [Control and stop-control valves of steam turbines]. MEI, Moscow, Russia.
6. Zarjankin, A. E., Zarjankin, V. A., Seregin, V.A., Grigor'ev, E. J. and Rogalev, A. N. (2014) " Razgruzhen-
nyie drosselno-reguliruyuschie klapanyi novogo pokoleniya" [Balanced throttling control valves of new
generation]. Vestnik IGEU, no. 6, pp. 11–17.
7. Gotovtsev A. M. (2006) "Razrabotka i issledovanie sistem stabilizatsii techeniya para v vyihlopnyih i vyi-
nosnyih reguliruyuschih klapanah parovyih turbin" [Development and research of systems of stabilization
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 73
flow of steam in the exhaust and external control valves of steam turbines], Ph. D. Thesis, Moscow Ener-
getic Institute, Moscow, Russia.
8. Clark, R. B., Kure-Jensen, J., Miyayashiki, H. and Ofuji, T., General Electric Company and Kabushiki Kai-
sha Toshiba. (1999) Combined valve configuration for steam cycle units, New York, USA and Yokohama,
Japan, Pat. US005870896A.
9. Chowdhury, A., Done, V. and Shah, V., General Electric Company. (2010) Flow guided steam strainer for
steam turbines valves, New York, USA, Pat. US20110162735A1.
10. Brandon, R. E. and Brandon, D. E., (1995) Steam turbine steam strainer, New York, USA, Pat.
US005575618A.
11. Clark, R. B., Kure-Jensen, J. Miyayashiki, H. and Ofuji, T., (1997) Combined valve configuration for steam
cycle units, New York, USA, Pat. US005870896A.
Heat Transfer in Engineering Constructions
Bozbiei L. S., Kostikov А. О., Kurskaya N. M. and Tkachenko V. I. The experimental investiga-
tion of thermal parameters of free elementary convective cell...................................................................25–35
This work substantiates the existence of an elementary convective cell by comparing the theoretical model and
experimental data, as well as experimental determinations of characteristic velocities of fluid convection within
a cell. It was assumed that suspension near the bottom of the vessel should be regarded as separate environment,
with distinct from of a pure oil density and viscosity, which moves along an oil substrate of a pure oil without
friction. In these conditions, boundary conditions of layer fluid can be considered as free. This assumption is
supported by results of the numerical processing of experimental results on formation of convective rings in a
layer of fluid, heated from below, obtained by other authors. Geometric dimensions and the velocity of mass
transfer of the elementary convection cell were experimentally investigated in this work. As a result of experi-
ments on formation a cylindrical convective cell by overlay of the copper ring on a surface of oil, qualitative and
quantitative correspondence of the theoretical model to the experimental data was shown. Results of experimen-
tal studies were adequately described by the theoretical model of elementary convection cell. It is shown, that the
adding of aluminum powder in oil, transforms oil to a suspension, such that boundary conditions on the solid
wall can be regarded as free, because we have a slip through the tape of pure oil. Change in the character
boundary conditions is confirmed by results of numerical processing of experimental results on formation of
convective rings by other authors. Two independent methods for determining the velocity of mass ttransfer in
cells with various diameters were described in this work. For cells with large diameter (17 mm), the maximum
velocity of mass transfer was measured at the upper boundary on a deflection angle of the probe. Measured in
this way velocity was equal 0,2 mm/sec. For cells with smaller diameter (2 mm), the velocity of oil on the surface
of a cell was measured using an optical method and constituted the value from 3,5 mm/sec to 5,2 mm/sec..
Key words: elementary convective cell-free border, convective processes, heat transfer, temperature gradient.
В работе экспериментально исследованы геометрические размеры и скорость массопереноса элемен-
тарной конвективной ячейки. Результаты экспериментального исследования адекватно описываются
теоретической моделью элементарной конвективной ячейки. Показано, что добавление в масло алюми-
ниевой пудры преобразует масло в суспензию, граничные условия для которой на твердой стенке из-за
проскальзывания по пленке чистого масла можно рассматривать как свободные. Изменение характера
граничных условий подтверждается результатами численной обработки экспериментальных резуль-
татов по формированию конвективных колец других авторов. Описано два независимых способа опре-
деления скорости массопереноса в ячейках разных диаметров. Для ячеек большого диаметра (17 мм)
максимальная скорость массопереноса на верхней границе измерялась по углу отклонения щупа. Изме-
ренная таким способом скорость равнялась 0,02 см/с. Для ячеек меньшего диаметра (2 мм) скорость
масла на поверхности ячейки измерялась оптическим методом и составляла величину от 3,5 до 5,2 мм/с.
Ключевые слова: элементарная конвективная ячейка, свободные границы, конвективные процессы, теп-
лоперенос, температурный градиент.
References
1. Bernard, H. (1900). Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquid. Revue générale des Sciences, pures et
appliquées. 11: 1261-1271, 1309–1328.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 74
2. Strutt, J.W. (1916). On convection currents in a horizontal layer of fluid when the higher temperature is on
the under side. Philosophical Magazine. 32: 529–546.
3. Chandrasekhar, S. (1970). Hydrodynamic and hydromagnetic stability. Oxford: 657.
4. Gershuni, G.Z., Zhuhovickij, E.M. (1972). Convective stability of incompressible fluid [Convective stabil-
ity of incompressible fluid]. Moscow: 393.
5. Getting, A.V. (2001). Rayleigh-Benard convection. Structures and dynamics. advanced series in nonlinear
dynamics. World Scientific Publishing Company: 245.
6. Getling, A.V. (1991). Formirovanie prostranstvennykh struktur konvektsii Releya—Benara [Formation of
spatial structures of Rayleigh-Benard convection]. Uspekhi fizicheskiy nauk [Physics-Uspekhi]. 9(161): 1–
80.
7. Rieuton, M., Rincon, F. (2010). The Sun’s Supergranulation. Living Rev. Solar Phys. 7(2): 82.
8. Borts, B.V., Vanzha, A.F., Korotkova, I.M., Sytin, V.I., Tkachenko, V.I. (2014). Issledovanie voz-
mozhnosti polucheniya dispersno-uprochnennykh oksidami (DUO) staley metodom vakuumno-dugovogo
pereplava [Research opportunities oxide dispersion strengthened (DUO) steel by vacuum arc remelting].
Voprosy atomnoy nauki i tekhniki [Problems of atomic science and technology]. 4(92): 117-124.
9. Bozbei, L. S., Kostikov A. O., Tkachenko V. I (2016). Elementary convective cell in incompressible vis-
cous fluid and its parameters. Journal of Mechanical Engineering. 19(3): 27–36. ISSN 0131-2928.
10. Koschmieder, E.L., Prahl, S.A. (1990). Surface-tension-driven Benard convection in small containers. J.
Fluid Mech. 215: 571–583.
11. Vacuum oils [Electronic resource]. – Mode of access: http://tavot-spb.ru/vakuumnye_masla.
12. Tables of zeros of the Bessel functions. - M .: VTs AN SSSR, 1967. - 94 p.
13. Koschmieder, E.L. (1993). Bénard Cells and Taylor Vortices. Cambridge: 350.
14. Zierep, J. (1958). Über rotationssymmetrische Zellularkonvektionsströmungen. Z. Agev. Mah. Mech. 7/8
(39): 329–333.
15. Zierep, J. (1958). Eine rotationssymmetrische Zellularkonvektionsstromung. Beitr. Phys. Atmos. 30: 215–
222.
16. Pavlov, V. N., Kryzhanovskiy, A. S. (2009). Issledovanie obrazovaniya smazochnykh sloev v zubchatom
zatseplenii [Research Education lubricating layers in gearing]. Problemy treniya i iznashivaniya [Pro-
friction and wear problems]. 183 – 186.
17. Betchelor, G. (1973). Vvedenie v dinamiku zhidkosti [Introduction to fluid dynamics]. Moscow: 792.
18. Khodakov, G. S. (2003). Reologiya suspenziy. Teoriya fazovogo techeniya i ee eksperimentalnoe obosno-
vanie [Rheology of suspensions. The theory of the phase currents and its experimental validation]. Rossiy-
skiy khimicheskiy zhurnal [Russian chemical journal]. 2(XLVII): 33–44.
19. Makarova, M.A., Pyshnogray, I.G., Pyshnogray, G.V. i dr. (2012). Postanovka mezoskopicheskikh gra-
nichnykh usloviy dlya skorosti proskal-zyvaniya na granitse [Statement of mesoscopic boundary conditions
for the binding of proskal-speed on the border]. Polzunovsky vestnik. 3/1: 61–74.
Dynamics and Strength of Machines
Mirsalimov V.M. and Mustafayev A. B. Closure of a curvilinear crack in sheet element under in-
fluence of temperature field........................................................................................................................36–43
We consider a change of temperature field near ends of a curvilinear crack in structure sheet element under
influence of an inhomogeneous strength field. Solution of the boundary value problem for equilibrium of a
curvilinear crack with partially contacting faces under the influence of an external inhomogeneous stress field,
an induced thermoelastic field and tractions on contacting crack faces is reduced in each approximation to the
problem of analytic functions linear conjugation. It is assumed that in some part of the contact zone a stick of
crack faces occurs, and in the rest part of the contact zone a crack faces slippage is possible. The goal of the
local temperature changes is deceleration or braking of curvilinear crack growth. From the solution of the
problem of analytic functions linear conjugation the normal and tangential contact stresses are found. The sizes
of contact zones also are found.
Keywords: curvilinear crack in sheet element, non-uniform stress field, temperature field, contact stresses, con-
tact zone, slippage zone.
Рассматривается изменение температурного поля вблизи концов криволинейной трещины в листовом
элементе под действием неоднородного напряженного поля. Решение краевой задачи о равновесии
криволинейной трещины с частично контактирующими берегами при действии внешнего неоднородного
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 75
напряженного поля, наведенного термоупругого поля напряжений и усилий на контактирующих
поверхностях трещины сводится к задаче линейного сопряжения аналитических функций. Принято,
что на некоторой части контакта возникает сцепление берегов, а на остальной части контакта
возможно проскальзывание.
Ключевые слова: криволинейная трещина в листовом элементе, неоднородное напряженное поле,
температурное поле, контактные напряжения, контактная зона, зона проскальзывания.
References
1. Finkel, V.M. (1977). Fizicheskie osnovy tormozhenija razrushenija [Physical basis of fracture retardation].
Moscow: 360.
2. Fan, H., Sun, Y.M., Xiao, Z.M. (1998). Contact zone in an interfacial Zener–Stroh crack. Mechanics of
Materials. 30: 151–159.
3. Kovtunenko, V.A. (2005). Nonconvex problem for crack with nonpenetration. Z. Angew. Math. Mech. 85:
242–251.
4. Mirsalimov, V.M. (2009). Simulation of bridged crack closure in a contact pair bushing. Mechanics of Sol-
ids. 44: 232–243.
5. Mir-Salim-zada, M.V. (2010). Modeling of partial closure of cracks in a perforated isotropic medium rein-
forced by a regular system of stringers. J. of Applied Mechanics and Technical Physics. 51: 269-279.
6. Hasanov, Sh.H. (2012). Kogezionnaja treshhina s chastichno kontaktirujushhi-mi beregami v sechenii
dorozhnogo pokrytija [Cohesive crack with partially contacting faces in section of the road covering]. Me-
hanika mashin, mehanizmov i materialov [Mechanics of machines, mechanisms and Materials]. Issue
2(19): 58–64.
7. Mirsalimov, V.M., Rustamov, B.E. (2013). Simulation of partial closure of a crack-like cavity with cohe-
sion between the faces in an isotropic medium. J. of Applied Mechanics and Technical physics. 54: 1021–
1029.
8. Mirsalimov, V.M., Mustafayev, A.B. (2014). Tochnoe reshenie kontaktnoj zada-chi o chastichnom vzai-
modejstvii beregov shheli peremennoj shiriny pri dejstvii temperaturnogo polja [Exact solution of contact
problem for partial interaction of width variable slit faces at temperature field action]. Problemy mashinos-
troenija [J. of mechanical engineering]. Issue 3: 33–37.
9. Belhouari, M., Amiri, A., Mehidi, A., Madani, K., Bel Abbes Bachir, B. (2014). Elastic–plastic analysis of
interaction between an interface and crack in bi-materials. Int. J. of Damage Mechanics. 23: 299–326.
10. Mustafayev, A.B. (2014). Vzaimodejstvie beregov shheli peremennoj shiriny pri izgibe polosy (balki)
pod vozdejstviem temperaturnogo polja [Interaction of variable width slit faces under strip (beams) bend-
ing and influence of temperature field]. Mehanika mashin, mehanizmov i materialov [Mechanics of ma-
chines, mechanisms and Materials]. Issue 3(28): 30–36.
11. Mirsalimov, V.M., Mustafayev, A.B. (2015). Solution of the problem of partial contact between the faces
of a slot of variable width under the action of temperature fields. Materials Science. 51: 96–103.
12. Mirsalimov, V.M., Mustafayev, A.B. (2015). A contact problem on partial interaction of faces of a variable
thickness slot under the influence of temperature field // Mechanika. 21: 19–22.
13. Mir-Salim-zada, M.V. (2015). Periodicheskaja kontaktnaja zadacha dlja stringer-noj plastiny [Periodic con-
tact problem for a stringer plate]. Tjazheloe mashino-stroenie [Heavy engineering]. Issue 6: 37–42.
14. Mir-Salim-zada, M.V. (2016). Zakrytie shheli, ishodjashhej iz kontura krugovogo otverstija v stringernoj
plastine [Closing of a slit started from contour of circular hole in stringer plate]. Vestnik Chuvashskogo go-
sudarstvennogo pedagogiches-kogo universiteta imeni I.Ja. Jakovleva. Serija: Mehanika predel'nogo sosto-
janija [Vestnik I. Yakovlev Chuvach State Pedagogical University. Series: Mechanics of a limit state]. Is-
sue 1(27): 78-89.
15. Mirsalimov, V.M. (2016). Simulation of partial closure of a variable width slot with interfacial bonds in
end zones in an isotropic medium. Int. J. Damage Mechanics. 25: 266–279.
16. Mir-Salim-zadeh, M.V. (2016). Partial contact of faces of a variable width slit in a stringer plate. Materials
Science. 52: 328–333.
17. Mirsalimov, V.M., Mustafayev, A.B. (2016). Inhibition of a curvilinear bridged crack by induced thermoe-
lastic stress field. J. of Thermal Stresses. 39: 1301–1319.
18. Muskhelishvili, N.I. (1977). Some basic problems of mathematical theory of elasticity. Amsterdam: 707.
19. Gakhov, F.D. (1977). Kraevye zadachi [Boundary value problems]. Moscow: 640.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 76
Shulzhenko M. G., Gontarovskiy P. P., Garmash N. G., Glyadya A. O., Shvetsov V. L.,
Grishin M. M. and Gubskiy O. M. Seismic stability of turbine unit K -540-23,5/50.............................43–50
The seismic stability estimation of a powerful turbine unit K-540-23,5 / 50 is carried out by software developed
based on the finite element method. For analysis of dynamic processes in the turbine units under seismic actions
is necessary to be taken into account the interaction of the turbine unit and foundation. Method and software for
analysis of turbine-foundation-base system under seismic action are proposed. The rod computational models
for solve problems forced vibrations and transients shafting on complex elastic-damper supports are used. The
foundation plates are modeled by of the rods grating that take into account elasticity and inertial properties of
foundation elements. The lumped mass at the nodes of rods of foundation are used to account for the mass of the
installed equipment. Accelerograms of real earthquakes are used for simulation of the impact of seismic load.
The results of these studies have shown that the same intensity of seismic loads with different frequency
perturbations causes to significantly different maximum values of displacements and stresses in system elements.
The results of analysis of powerful turbine for different design models are shown. These results may be used for
design of resistant to seismic action of the powerful turbine units.
Keywords: seismic stability, turbine, foundation, base, accelerogram, rod finite element, vibration.
Рассматривается сейсмостойкость турбоагрегата К-540-23,5/50 с фундаментом с использованием соз-
данной расчетной методики оценки колебаний системы турбоагрегат-фундамент-основание. Расчетная
модель динамической системы состоит из произвольно ориентированных стержней и сосредоточенных
масс с моментами инерции, которые соединяются между собой жестко или линейными или нелинейными
упруго-демпферными элементами. Стержневые конечные элементы с распределенными параметрами по-
зволяют учитывать все виды деформаций, имеющих место при колебаниях. Воздействие сейсмической на-
грузки моделируется с использованием акселерограмм реальных землетрясений. Приводятся результаты
для расчетных схем разного уровня сложности. Определяются максимальные значения перемещений и на-
груженности наиболее ответственных элементов системы. Разработанное программное обеспечение и
полученные результаты могут быть использованы при проектировании мощных турбоагрегатов для их
оценки на сейсмостойкость.
Ключевые слова: сейсмостойкость, турбоагрегат, фундамент, основание, акселерограмма, стержне-
вой элемент, колебания.
References
1. Kendzera, O. V. Seismic hazard assessment and protection against earthquakes. Practical applications of
developments of Subbotin Institute of Geophysics of NAS of Ukraine. Herald of the Academy of Sciences.
Kyiv. 2015, no 2. pp.44 – 57
2. The equipment of nuclear power plants. Calculation of the strength of the seismic impact: RTM
108.020.37- 81. NPO CKTI. Leningrad. 1981. 39 p.
3. PNAE-Г-5-006-87. The rules of designing earthquake-resistant nuclear power plants. Gosatomenergonad-
zor USSR. Moscow. 1987.10 p.
4. Kostarev, A. V. Seismic stability nuclear power plant of turbine units. Proc. Central Boiler and Turbine In-
stitution. Leningrad. 1984, no 212. pp.82 – 88.
5. Shulzhenko, M. G., Gontarovskiy, P. P., Garmash, N. G., Glyadya, A. O., Shvetsov, V. L., Grishin, M. M.,
Gubskiy, O. M. Estimation the reaction of a powerful turbine unit on the seismic load. Vibration in engi-
neering and technology. Vinnytsya. 2016, no 2 (82). pp. 85 – 93.
6. Ambriashvili, J. K, Piskarev, V. V. Methods for selecting and building the synthesized accelerograms for
the calculation of energy facilities on seismic effects Proc. Central Boiler and Turbine Institution. Lenin-
grad. 1984, no 212. pp. 114–122.
7. Gontarovskiy, P, Garmash, N., Shulzhenko, N. Methodology of calculation of the dynamics of the system
turbine-foundation-base power units under seismic actions. Bulletin of NTU "KhPI". Series: Power and
heat engineering processes and equipment. Kharkiv. 2016, no. 8(1180) pp. 153 –160
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 77
Applied Mathematics
Budanov V. E., Budanov O. V., Suslov N. N. Classical theory of the Aharonov-Bohm effect ..............51–56
The intention of constructing a classically-electrodynamic theory of the Aharonov-Bohm effect (ABE) was a
driving force to conduct the study presented in this paper. The ABE has been detailed by R. P. Feynman; it is a
phenomenon in which an electrically charged particle (electron) passing by a very long and extremely thin
magnetized filament is affected by a force, despite the fact that both the magnetic field and electric field are zero
along the particle trajectory. The fact that nonzero vector potential exists around a magnetized filament turned
out to be sufficient to give rise the quantum-mechanical explanation of this effect by Aharonov and Bohm in
1959. However, among the theorems of classical physics, the virtual work principle can be found, which
represents one facet of the energy conservation law. This principle asserts that if the energy of a set of physical
objects varies with the location of some object, then this object is subjected to a force, which can be calculated
from the energy gradient at the point of the object location. This paper presents a classically-electrodynamic
theory of the Aharonov-Bohm effect. The proposed theory uses the virtual work principle to determine the force
acting on a point charge. The calculated value of the transverse momentum of an electron passing by an
infinitely long solenoid is opposite in sign to that calculated by a quantum-mechanical method. The need for
new, reasonably set up experiments is justified.
Keywords: Aharonov-Bohm effect, virtual work principle.
Побудительной причиной к проведению исследований, описываемых в настоящей работе, явилось желание
построить классикоэлектродинамическую теорию эффекта Аронова-Бома (ЭАБ). Этот эффект состоит
в том, что заряженная частица (электрон), пролетая рядом с очень длинной и очень тонкой намагничен-
ной нитью, испытывает силовое воздействие несмотря на то, что на траектории частицы ни электриче-
ского, ни магнитного полей нет. Тот факт, что вокруг намагниченной нити существует ненулевой вектор-
ный потенциал оказался достаточным, чтобы в 1959 г. появилось квантовомеханическое объяснение этого
эффекта Ароновым и Бомом. В арсенале аксиом классической физики имеется принцип виртуальной рабо-
ты, являющийся одной из граней принципа сохранения энергии и утверждающий, что если в некоторой со-
вокупности физических объектов с изменением расположения какого-либо объекта изменяется энергия на-
званной совокупности, то на этот объект действует сила, вычисляемая через градиент энергии в точке
его расположения. Построена классикоэлектродинамическая теория эффекта Аронова-Бома, в которой
использован принцип виртуальной работы для установления силы, действующей на точечный заряд. Най-
денное значение поперечного импульса, приобретаемого электроном, пролетающим мимо бесконечно длин-
ного соленоида, отличается по знаку от известного импульса, рассчитанного квантовомеханическим ме-
тодом. Обосновывается необходимость в новых корректно поставленных экспериментах.
Ключевые слова: эффект Аронова-Бома, принцип виртуальной работы.
References
1. Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M. (1989) The Feynman Lectures on Physics, Redwood City, CA,
Addison-Wesley.
2. Chirkov A. G., Ageev A. N. (2001) On the nature of the Aharonov-Bohm effect. Technical Physics. The
Russian Journal of Applied Physics, 46: 147–153.
3. Budanov, V. E. (1992) On one equivalent formulation of the foundations of the Faraday-Maxwell electro-
dynamics, Kharkov, Ukraine: Academy of Sciences of Ukraine, Institute for Mechanical Engineering Prob-
lems, Preprint 362.
4. Afanasiev G. N. (1990) Old and new problems in the theory of the Aharonov-Bohm effect Physics of Ele-
mentary Particles and Atomic Nuclei, 21: 172–250.
5. Budanov V. E., Budanov O. V., Suslov N. N. (2016) On the energy of a magnetostatic field. Problemy
Mashinopstroeniya. 19, 2: 37–43.
6. Feinberg, E. L. (1963) On the ‘special role’ of the electromagnetic potentials in quantum mechanics. Soviet
Physics Uspekhi, 5: 753-760.
7. Budanov V. E., Budanov O. V. A virtual work principle in the theory of the Aharonov-Bohm effect Buda-
nov, Kharkov, Ukraine: Academy of Sciences of Ukraine, Institute for Mechanical Engineering Problems,
Preprint 404.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 78
Sergienko I. V., Lytvyn O. M., Lytvyn О. О., Tkachenko О. V. and Gritsay О. L. Construction
and research of operators of an interlineation of functions of three variables on system of not inter-
sected curves in a cylindrical frame with preservation of a class of differentiability ................................57–61
In solving the problem of Hermite interpolation functions of three variables from its values and the values of its
partial derivatives at a given point the system is not a problem of constructing operators automatically storing
the class of differentiable because it completely can be solved by selecting the auxiliary functions, since the val-
ues of the function and its partial derivatives It does not affect the class of differentiable operator constructed.
The mission statement is assumed that traces of derivatives of order s over the radial variable r in the cylindrical
coordinate system are functions continuous together with its partial derivatives up to order v – s,
0 ≤ s ≤ N ≤ v ≤ ∞. In addition, it is believed that these derivatives are given on a system of non-intersecting lines
lying on the surface of the three-dimensional body. Known R-functions method of constructing a system of coor-
dinate functions for solving boundary value problems do not include the possibility of constructing the coordi-
nate functions with automatic preservation of differentiability class, if the boundary function not belong to the
class C
∞
(∂G). The method of the building of the operators the hermitian type interlineations of the functions of
the three variables with help of its traces and traces of its derivatives on a no crossed lines system in cylindrical
coordinate system are proposed. The method can recovery these functions between given closed no crossed lines
in cylindrical coordinate system with automatical preserve of a differentiability class.
Keywords: interlineation of functions, a cylindrical coordinate system, the preservation of differentiability class,
traces of functions, traces of derivatives, the operator Hermitian interlineation.
При решении задачи эрмитовой интерполяции функций трех переменных по ее значениям и значениям ее
частных производных в заданной системе точек не возникает проблема построения операторов с ав-
томатическим сохранением класса дифференцируемости, поскольку она полностью может быть ре-
шена путём выбора вспомогательных функций, так как значения функции и ее частных производных не
влияют на класс дифференцируемости построенного оператора. В постановке задачи предполагается,
что следы производных порядка s по радиальной переменной r в цилиндрической системе координат яв-
ляются функциями непрерывными вместе со своими частными производными до порядка v – s,
0 ≤ s ≤ N ≤ v ≤ ∞. Кроме того, считается, что эти производные заданы на системе непересекающихся
линий, лежащих на поверхности исследуемого трехмерного тела. Известный метод R-функций по-
строения системы координатных функций при решении краевых задач не предполагает возможностей
построения координатных функций с автоматическим сохранением класса дифференцируемости, если
граничные функции не принадлежат классу C
∞
(∂G). Предлагается метод построения операторов ин-
терлинации эрмитового типа функций трех переменных с помощью их следов и следов их производных
на заданных линиях. Метод позволяет восстанавливать эти функции в точках между заданной систе-
мой замкнутых непересекающихся кривых в цилиндрической системе координат, сохраняя автоматиче-
ски класс дифференцируемости, которому принадлежит приближаемая функция.
Ключевые слова: интерлинация функций, цилиндрическая система координат, сохранение класса диф-
ференцируемости, следы функции, следы производных, оператор эрмитовой интерлинации.
References
8. Lytvyn О. N., Tkachenko A. V., Lytvyn O. O. (2011) Obschiy metod postroeniya uravneniy krivyh I
poverhnostey v neyavnoy forme s pomoschyu interlinatsii I interfletatsii funktsii. Kibernetika I sistemnyi
analiz, 1: 62–67. (in Russian)
9. Sergienko I. V., Lytvyn O. M., Lytvyn O. O., Tkachenko O. V., Gritsay O. L. (2014) Vidnovlennya
funktsiy dvoh zminnyh iz zberezhennyam klasu C
r
(R
2
) za dopomogoyu ih slidiv ta slidiv ih pohidnyh do
fiksovanogo poryadku na zadaniy linii. Dopovidi NAN Ukrainy, 2: 50–55. (in Ukrainian)
10. Lytvyn O. M., Lytvyn O. O., Tkachenko O. V., Gritsay O. L. (2014) Ermitova interlinatsiya funktsiy dvoh
zminnyh na zadaniy systemi neperetynnyh liniy iz zberezhennyam klasu C
r
(R
2
) Dopovidi NAN Ukrainy, 7:
53-59. (in Ukrainian)
11. Sergienko I. V., Lytvyn O. M., Lytvyn O. O., Tkachenko O. V., Gritsay O. L. (2015) Interlinatsiya funktsiy
treh zminnyh na systemi neperetynnyh kryvyh iz zberezhennyam klasu dyferentsiyovnosni. Dopovidi NAN
Ukrainy, 1: 44–50. (in Ukrainian)
12. Sergienko I. V., Lytvyn O. M., Lytvyn O. O., Tkachenko O. V., Gritsay O. L. (2015) Pobudova operatoriv
interpolyatsii ermitovogo typu na neregulyarniy sitsi vuzliv, rozmichenyh na dovilniy systemi zamknutyh
neperetynnyh liniy v tsylindrychniy systemi koordynat, scho nalezhat konstruyovaniy poverhni. Dopovidi
NAN Ukrainy, 2: 43–49. (in Ukrainian)
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 79
13. Sergienko I. V., Lytvyn O. M., Lytvyn O. O., Tkachenko O. V., Gritsay O. L. (2015) Interlinatsiya ermito-
vogo typa na sisteme neperesekayuschihsya liniy. Obzor. Kibernetika I sistemnyi analiz, 51, 2: 1–12. (in
Russian)
14. Lytvyn О. M., Tkachenko O. V., Lytvyn O. O. (2011) Odna teorema pro izogeometrychni vlastyvosti op-
eratoriv interlinatsii funktsiy 2-h zminnyh. Visnyk Natsionalnogo tehnichnogo universytetu «Harkivskyi
politehnichnyi instytut». Zbirnyk naukovyh prats, 42: 107–109. (in Ukrainian)
Non-traditional Power Engineering
Kleperis J., Solovey V. V., Fylenko V. V., Vanags M., Volkovs A., Grinberga L.,
Shevchenko A., Zipunnikov M. Self-Sufficient PV-H2 Alternative Energy Objects ..............................62–68
Energy storage becomes more important as mankind switch to renewable energy, away from fossil resources. Traditional
way – batteries - offer a limited number of cycles, require regular maintenance; nevertheless gravitational storage, fly-
wheels, compressed air are mainly large scale and expensive methods. The hydrogen as energy carrier and hydrogen fuel
cells are possible option to store different amounts of energy for relatively long times with low losses. Different solutions for
self-sufficient sun/wind energy objects are analysed - the solar radiation collecting systems, wind power generators, and high
pressure electrolysis technologies for hydrogen production and the metal-hydride energy storage. This article describes the
development of a versatile technology that can be used to provide continuous power for small and medium-sized self-
sufficient objects or their micro-grids using alternative energy and energy storage. The technology uses advanced electroly-
sis and fuel cells to efficiently store excess energy from sun/wind generation as hydrogen for later use in fuel cells.
Keywords: energy storage, metal-hydride, electrolysis technologies, photovoltaic cells.
Хранение энергии становится все более важным в контексте перехода человечества от ископаемого
топлива к возобновляемым источникам энергии. Традиционный способ – химические батареи, которые
характеризуются ограниченным числом циклов и требуют регулярного технического обслуживания; в
то время как гравитационное хранение, маховики и сжатый воздух в основном требуют больших объе-
мов и высокозатратны. Водород в качестве носителя энергии в водородных топливных элементах явля-
ется возможным вариантом для хранения различных количеств энергии в течение относительно дли-
тельного времени с малыми потерями. В работе проанализированы различные решения для автономных
энергетических объектов на основе энергии солнца/ветра – фотоэлектрические системы для преобра-
зования первичного излучения солнца, ветрогенераторы и технологии электролиза высокого давления
для производства водорода и хранения энергии в металлогидридных аккумуляторах. Описывается раз-
работка универсальной технологии, которая может быть использована для обеспечения непрерывной
мощности для малых и средних автономных объектов или их микросеток с применением альтернатив-
ных источников энергии и хранения энергии. В технологии применяются передовые разработки элек-
тролизеров водорода и топливные элементы для эффективного хранения избыточной энергии получен-
ной из возобновляемых источников, для последующего использования в топливных элементах
Ключевые слова: хранение энергии, металлогидрид, электролизер, фотоэлектрический преобразова-
тель.
References
1. Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 on the promotion of
the use of energy from renewable sources: http://eur-lex.europa.eu/legal-
content/EN/ALL/?uri=CELEX:32009L0028
2. Consumption of energy resources in Latvia. The Central Statistical Bureau of Latvia (CSB). Viewed
02.03.2016: http://www.csb.gov.lv/en
3. Ukraine: Energy Sector Highlights. The U.S. Energy Information Administration (EIA). Viewed
02.03.2016: https://www.eia.gov/beta/international/analysis.cfm?iso=UKR
4. S. Romanko. Alternative Energy in Ukraine: Challenges, Prospects and Incentive Mechanisms. Country
Report: Ukraine. Viewed 28.02.2016: www.iucnael.org/en/documents/1248-ukraine-1
5. S. Sabihuddin, A.E. Kiprakis, M. Mueller, Energies 2015, 8, 172-216.
6. X. Luo, J. Wang, M. Dooner, J. Clarke, Applied Energy, vol. 137 (2015) 511–536.
7. Decourt, B, Lajoie, B, Debarre, R, & Soupa, O 2014, The hydrogen-based energy conversion FactBook,
The SBC Energy Institute.
8. Millet, P & Grigoriev, S 2013, “Water electrolysis technologies”, in: Gandia, L, Arzamendi, G, & Diéguez,
P (eds.), Renewable hydrogen technologies, Elsevier, Amsterdam.
ABSTRACTS AND REFERENCES
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2016, Т. 19, № 4 80
9. V.V. Solovey; A. Shevchenko; A. Kotenko; O. Makarov. 3013. The Device for Generation High-pressure
Hydrogen. Patent of Ukraine № 103681 МПК С25В 1/12, С25В 1/03. Made public on November 11,
2013, Bulletin № 21.
10. V.V.Solovey, A.A. Shevcenko, I.A. Vorobjeva, V.M.Semikin, C.A. Koversun, Scientific Journal of
Kharkiv National Auto-Road University, Kharkiv, 2008, No 43, p. 69-72 (In Russian).
11. J. O'M. Bockris, T.N. Veziroglu, Estimates of the price of hydrogen as a medium for wind and solar
sources. Int. J.of Hydrogen Energy, vol.32 (12) 2007, p.
12. N. Shimizu et all, A novel method of hydrogen generation by water electrolysis using an ultra-short-pulse
power supply, J. of Applied Electrochemistry (2006) 36: 419–423.
13. M.Vanags, J.Kleperis, G.Bajars "Electrolyses model development for metal/electrolyte interface: Testing
with microrespiration sensors", I. J. of Hydrogen Energy, Vol 36, issue 2, (2011), p.
14. A.Roger, How Much Battery Storage Does a Solar PV System Need? 2015, on
http://euanmearns.com/how-much-battery-storage-does-a-solar-pv-system-need/;
15. Calculation of Solar Insolation: http://pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/calculation-of-solar-
insolation
16. M. Vanags, J. Kleperis and G. Bajars. Water Electrolysis with Inductive Voltage Pulses. Chapter 2 in Book:
Electrolysis, Editors J. Kleperis and V. Linkov, InTech (2012), pp.19-44, doi.org/10.5772/52453
17. Latvian Environment Geological and Meteorological Centre: https://www.meteo.lv/lapas/laika-
apstakli/klimatiska-informacija/latvijas-klimats/latvijas-klimats?id=1199&nid=562
18. Thomas, George. Overview of Storage Development DOE Hydrogen Program [pdf]. Sandia National Labo-
ratories, 9 May 2000.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-115656 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T15:47:51Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | 2017-04-08T13:01:21Z 2017-04-08T13:01:21Z 2016 Abstracts and references // Проблемы машиностроения. — 2016. — Т. 19, № 4. — С. 69-80. — англ. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115656 en Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Abstracts and references Article published earlier |
| spellingShingle | Abstracts and references |
| title | Abstracts and references |
| title_full | Abstracts and references |
| title_fullStr | Abstracts and references |
| title_full_unstemmed | Abstracts and references |
| title_short | Abstracts and references |
| title_sort | abstracts and references |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115656 |