• Energy Research
• Ukrainian close
• Kharkiv Polytechnic Institute close

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 "Процеси та обладнання хімічної технології" (16 – хімічна та біоінженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності процесу сульфатування сумішей органічних речовин у виробництві поверхнево- активних речовин (ПАР) за рахунок створення нового технологічного процесу та обладнання з вирішенням питань енерго- та ресурсозбереження та мінімізації шкідливих викидів в навколишнє середовище. В роботі наведено результати аналітичного огляду з сульфатування органічних речовин. Встановлено, що в Україні в теперішній час промислові підприємства миючих засобів та піноутворюючих складів працюють як правило у неповному циклі, а потужність виробництва ПАР незначна. Показано, що процес сульфатування є основним у виробництві ПАР, на якому можливо досягти необхідних якісних показників. Наведено теоретичні основи процесу сульфатування, застосовувані сульфатуючі агенти. Показано, що останнім часом в якості сульфатуючого агенту використовується газоподібний триоксид сірки, розбавлений осушеним повітрям. Проаналізовано сучасні тенденції розвитку виробництва ПАР, його апаратурно-технологічного оформлення. Враховуючи велику швидкість реакції і значне тепловиділення процес сульфатування органічної речовини передбачає наявність двох конструктивних елементів в апаратурному оформленні: контактного і теплообмінного. З цієї точки зору основне поширення отримали трубчасті плівкові реактори з низхідним потоком реагентів, де використовуються тільки гідродинамічні сили потоків. Взаємодія двофазних потоків, яким є процес плівкового сульфатування органічної речовини газоподібним триоксидом сірки, характеризується різноманіттям хімічних та фізичних явищ, пов’язаних між собою та визначаючих якісні показники процесу. В зв’язку з цим, процес сульфатування в трубчастих плівкових реакторах можливо представити з наступних стадій: процес масопередачі газоподібного триоксиду сірки до поверхні розділу фаз; процес абсорбції триоксиду сірки органічною речовиною з одночасним проходженням екзотермічної хімічної реакції; процес теплообміну між рідинною фазою та газоповітряним потоком; процес теплообміну між рідинною фазою та потоком охолоджувальної води. Розглянуто основні типи математичних моделей, які можливо застосувати при математичному моделюванні процесу сульфатування сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки. Показано, що негативним фактором застосовуваних апаратурно-технолоігчних схем є підвищена енерго- та ресурсоємність та недосконалість процесу сульфатування, що призводить до отримання ПАР зі ступенем сульфатування на рівні 90 – 92 %. Відзначена доцільність проведення наукових досліджень процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, удосконалення математичної моделі трубчастого плівкового реактору, комп’ютерних експериментів процесу з використанням математичної моделі та розрахунку конструктивних особливостей реактора сульфатування і основних технологічних параметрів. Наведено схему експериментальної установки, методику проведення наукових досліджень процесу сульфатування, методику досліджень фізико- хімічних характеристик реакційної маси. Наведено основні фізико-хімічні характеристики вихідної сировини, за основу якої була взята суміш вищого спирту фракції С12 – С14, вищого спирту фракції С8 – С10 та моноетаноламіду вищих жирних кислот кокосової олії. Наведено результати експериментальних досліджень процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки. Показано вплив основних технологічних параметрів процесу: мольного співвідношення триоксиду сірки до органічної речовини, концентрації триоксиду сірки у газоповітряному потоці, температури реакційної маси на якісні показники отриманих продуктів. Експериментально знайдено фізико-хімічні характеристики реакційної маси (густина та динамічна в’язкість) від ступеня сульфатування та температури. Обробкою експериментальних даних отримані рівняння для їх розрахунку. Сформульований і науково обґрунтований спосіб отримання поверхнево-активної речовини сульфатуванням трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, що дало можливість створити новий піноутворюючий склад зі зменшенням його впливу на навколишнє середовище. Удосконалена математична модель процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки розбавленим осушеним повітрям в трубчастому плівковому реакторі. Розглянуто матеріальні баланси за рідинною та газоповітряною фазах. Проаналізовано додатковий ефект поверхневого натягу на поверхні розділу фаз, вивчені фізичні властивості рідинної фази по висоті реактору. Розглянуто рівняння теплового балансу. Проаналізовано вибір рівнянь розрахунку коефіцієнтів теплопередачі та коефіцієнтів тепловіддачі. Проведено аналіз процесу абсорбції газоподібного триоксиду сірки органічною речовиною з одночасним проходженням екзотермічної реакції. Наведені дані з аналізу процесу масообміну в трубчастому плівковому реакторі. Порівняно результати 5 різних авторів щодо розрахунку коефіцієнта масопередачі за допомогою математичного моделювання, що дозволило обрати необхідне рівняння для розрахунку. Одночасно була показана адекватність математичної моделі реальним експериментальним даним. Проведено системний аналіз процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин методом математичного моделювання. Розраховано зміни основних технологічних параметрів процесу сульфатування в залежності від напряму подачі охолоджувальної води. Показано, що подача охолоджувальної води як прямотечією по всій довжині реактора, так і протитечією є недоцільною. Реактор сульфатування повинен бути виконаний з двохсекційним охолодженням зі співвідношенням верхньої та нижньої секцій 1:2, при чому у верхній секції охолодження протитечією, а в нижній – прямотечією. Наведено дані з розрахунку промислового трубчастого плівкового реактора сульфатування продуктивністю п’ять тис. т./рік. Розроблено алгоритм та програму розрахунку з використанням пакета прикладних програм MatLab. В програмі використаний ітераційний метод та реалізований багатоваріантний розрахунок реактора на задану продуктивність. При продуктивності реактору 5 тис. т./рік він має наступні характеристики: поверхня теплообміну верхньої секції – 8,05 м2, нижньої секції – 16,11 м2, кількість труб – 37 шт. при внутрішньому діаметрі 0,037 м, довжина труб – 5,5 м. Загальний діаметр реактора 0,65 м, загальна довжина – 7,2 м. В ньому досягається ступінь сульфатування – 97,4 % при кольоровості отриманих продуктів – 1 одиниця за йодною шкалою. Результати досліджень показали, що така конструкція реактора володіє стійкістю та параметричною чутливістю. Наведено дані техніко-економічного обґрунтування прийнятих технічних рішень. Результати досліджень дали можливість розробити апаратурно-технологічну схему процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, яка дозволяє покращити енерго- та ресурсозберігаючі характеристики процесу: по витраті органічної речовини – на 8,8 % на 1 т. ПАР, зниження енергоресурсів – на 85,2 кВт/год на 1 т. ПАР та зменшити шкідливі викиди органічних речовин при використанні ПАР в 6,4 рази на 1 т. ПАР. Розроблена автоматизована система управління даної апаратурно-технологічної схеми з використанням сучасних приладів та засобів автоматизації. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: – вперше встановлено залежність ступеня сульфатування та кольоровості отриманих продуктів від основних технологічних параметрів при сульфатуванні трьохкомпонентних сумішей органічних речовин; – вперше проведений системний аналіз процесів масопередачі, абсорбції з проходженням екзотермічної хімічної реакції та теплообміну методом математичного моделювання, що дало можливість обґрунтувати конструктивні характеристики трубчастого плівкового реактору; – вперше показана можливість проведення процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин в трубчастому плівковому реакторі з низхідним потоком фаз з отриманням високоякісних ПАР та підвищенням ефективності процесу; – удосконалена математична модель процесу сульфатування сумішей органічних речовин у трубчастому плівковому реакторі з низхідним потоком фаз, яка стала основою для його розрахунку; – встановлені та науково обґрунтовані значення технологічних параметрів процесу сульфатування в трубчастому плівковому реакторі, що дало можливість вирішити питання енерго- та ресурсозбереження. Практичне значення отриманих результатів для виробництва поверхнево- активних речовин. На основі отриманих в роботі наукових результатів: запропоновано проводити процес сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки, розбавленим осушеним повітрям в трубчастому плівковому реакторі з низхідним потоком фаз; розроблено алгоритми і програми для його розрахунку, як складову частину виробництва ПАР потужністю 5 тис. т. ПАР/рік. Отримані наукові результати передані у Державну установу "Науково-дослідний і проектний інститут основної хімії" (м. Харків) для використання при удосконаленні виробництва ПАР та ПП "ПРЕСТІЖ ЛАЙН" для використання при розробці проекту виробництва піноутворюючих складів (м. Харків). Матеріали дисертаційної роботи використано у навчальному процесі кафедри автоматизації технологічних систем та екологічного моніторингу НТУ "ХПІ" в курсах лекцій "Технологічні системи та комплекси", "Комп’ютерне моделювання процесів і систем", "Природоохоронні та енергозберігаючі системи", а також при виконанні бакалаврських і магістерських кваліфікаційних робіт. Результати дисертаційної роботи закладають підґрунтя для отримання високоякісних ПАР та організації їх виробництва в умовах України. Робота є результатом самостійних досліджень Дзевочко А.І. Результати досліджень опубліковано у 15 наукових працях, з них: 5 статей у наукових фахових виданнях України (1 – у виданні, що входить до науково-метричної бази Scopus), 2 патенти України на корисні моделі, 8 тез доповідей в збірниках матеріалів міжнародних та всеукраїнських науково-практичних конференцій. The thesis for a candidate of technical sciences in specialty 05.17.08 “Processes and the equipment of chemical technology” (16 – chemical and bioengineering). - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2021. The dissertation is devoted to increasing the efficiency of the process of sulfation of mixtures of organic substances in the production of surfactants by surfactants by creating a new technological process and equipment to address energy and resource conservation and minimize harmful emissions into the environment. The paper presents the results of an analytical review of sulfation of organic substances. It is established that in Ukraine at present industrial enterprises of detergents and foaming compositions work as a rule in a partial cycle, and the production capacity of surfactants is insignificant. It is shown that the sulfation process is the main in the production of surfactants, where it is possible to achieve the required quality indicators. Theoretical bases of sulfation process, applied sulfating agents are given. It has been shown that gaseous sulfur trioxide diluted with dried air has recently been used as a sulfating agent. The modern tendencies of development of South African production, its hardware and technological design are analyzed. Given the high reaction rate and significant heat dissipation, the process of sulfation of organic matter involves the presence of two structural elements in the hardware design: contact and heat exchange. From this point of view, the main distribution of tubular film reactors with a downstream flow of reagents, which uses only the hydrodynamic forces of the flows. The interaction of two-phase streams, which is the process of film sulfation of organic matter with gaseous sulfur trioxide, is characterized by a variety of chemical and physical phenomena that are interrelated and determine the quality of the process. In this regard, the process of sulfation in tubular film reactors can be represented from the following stages: the process of mass transfer of gaseous sulfur trioxide to the interface; the process of absorption of sulfur trioxide by organic matter with the simultaneous passage of an exothermic chemical reaction; the process of heat exchange between the liquid phase and the gas stream; the process of heat exchange between the liquid phase and the flow of cooling water. The main types of mathematical models that can be used in mathematical modeling of the process of sulfation of mixtures of organic substances with gaseous sulfur trioxide are considered. It is shown that the negative factor of the applied hardwaretechnological schemes is the increased energy and resource consumption and imperfection of the sulfation process, which leads to the receipt of surfactants with the degree of sulfation at the level of 90 - 92%. The expediency of conducting scientific research of the sulfation process of three-component mixtures of organic substances, improvement of the mathematical model of a tubular film reactor, computer experiments of the process using a mathematical model and calculation of design features of the sulfation reactor and basic technological parameters. The scheme of the experimental setup, the method of conducting scientific research of the sulfation process, the method of research of physicochemical characteristics of the reaction mass are given. The main physicochemical characteristics of the raw material, based on a mixture of higher alcohol fr. C12 - C14, higher alcohol fraction C8 - C10 and monoethanolamide of higher fatty acids of coconut oil. The results of experimental studies of the process of sulfation of threecomponent mixtures of organic substances with gaseous sulfur trioxide are presented. The influence of the main technological parameters of the process is shown: the molar ratio of sulfur trioxide to organic matter, the concentration of sulfur trioxide in the gas stream, the temperature of the reaction mass on the quality of the obtained products. Physicochemical characteristics of the reaction mass (density and dynamic viscosity) from the degree of sulfation and temperature were found experimentally. By processing experimental data, the equations for their calculation are obtained. A method of obtaining a surfactant by sulfation of three-component mixtures of organic substances has been formulated and scientifically substantiated, which made it possible to create a new foaming composition with a reduction in its impact on the environment. An improved mathematical model of the process of sulfation of threecomponent mixtures of organic substances with gaseous sulfur trioxide diluted with dried air in a tubular film reactor. Material balances on liquid and gas-air phases are considered. The additional effect of surface tension on the interface is studied, the physical properties of the liquid phase along the height of the reactor are studied. The heat balance equation is considered. The choice of equations for calculating heat transfer coefficients and heat transfer coefficients is analyzed. The analysis of the process of absorption of gaseous sulfur trioxide by organic matter with simultaneous exothermic reaction is carried out. Data from the analysis of the mass transfer process in a tubular film reactor are presented. The results of 5 different authors on the calculation of the mass transfer coefficient using mathematical modeling were compared, which allowed to choose the necessary equation for the calculation. At the same time, the adequacy of the mathematical model to the real experimental data was shown. A systematic analysis of the process of sulfation of three-component mixtures of organic substances by mathematical modeling. Changes in the main technological parameters of the sulfation process depending on the direction of cooling water supply are calculated. It is shown that the supply of cooling water as a direct flow along the entire length of the reactor, and counter current - is impractical. The sulfation reactor must be made with two-section cooling with a ratio of upper and lower sections 1: 2, with counter current in the upper cooling section and direct flow in the lower. Data from the calculation of an industrial tubular film sulfation reactor with a capacity of 5 thousand tons / year are given. An algorithm and a calculation program using the MatLab application package have been developed. The program uses an iterative method and implemented a multivariate calculation of the reactor for a given capacity. With a reactor capacity of 5 thousand tons / year, it has the following characteristics: the heat transfer surface of the upper section - 8.05 m2, the lower section - 16.11 m2, the number of pipes - 37 pcs. with an inner diameter of 0.037 m, the length of the pipes - 5.5 m. The total diameter of the reactor is 0.65 m, the total length is 7.2 m. It achieves a degree of sulfation - 97.4% with a color of the products - 1 unit on the iodine scale . The research results showed that this reactor design has stability and parametric sensitivity. The data of technical and economic substantiation of the accepted technical decisions are resulted. The research results made it possible to develop a hardware-technological scheme of the process of sulfation of three-component mixtures of organic substances, which allows to improve energy and resource-saving characteristics of the process: organic matter consumption - by 8.8% per 1 ton of surfactant / h per 1 ton of surfactant and reduce harmful emissions of organic substances when using surfactants in 6.4 times per 1 ton of surfactant. The automated control system of the given hardware-technological scheme with use of modern devices and means of automation is developed. The scientific novelty of the results is as follows: - for the first time the dependence of the degree of sulfation and color of the obtained products on the main technological parameters during sulfation of threecomponent mixtures of organic substances was established; - for the first time a systematic analysis of the processes of mass transfer, absorption with the passage of exothermic chemical reaction and heat transfer by the method of mathematical modelling, which made it possible to substantiate the design characteristics of the tubular film reactor; - for the first time the possibility of carrying out the process of sulfation of three-component mixtures of organic substances in a tubular film reactor with a downward flow of phases to obtain high-quality surfactants and increase the efficiency of the process; - improved mathematical model of the process of sulfation of mixtures of organic substances in a tubular film reactor with a downward flow of phases, which became the basis for its calculation; - established and scientifically substantiated values of technological parameters of the sulfation process in a tubular film reactor, which made it possible to solve the problem of energy and resource conservation. The practical significance of the obtained results for the production of surfactants. Based on the scientific results obtained in the work: it is proposed to carry out the process of sulfation of three-component mixtures of organic substances with gaseous sulfur trioxide diluted with dried air in a tubular film reactor with a downstream flow; Algorithms and programs for its calculation have been developed as a component of surfactant production with a capacity of 5,000 tons of surfactants / year. The obtained scientific results were transferred to the State Institution "Research and Design Institute of Basic Chemistry" (Kharkiv) for use in improving the production of surfactants and PE "PRESTIGE LINE" for use in developing a project for the production of foaming compounds (Kharkiv). The materials of the dissertation were used in the educational process of the Department of Automation of Technological Systems and Environmental Monitoring of NTU "KhPI" in the courses of lectures "Technological Systems and Complexes", "Computer Modeling of Processes and Systems", "Environmental and Energy Saving Systems", as well as bachelor's and master's theses. The results of the dissertation work lay the groundwork for obtaining highquality surfactants and the organization of their production in Ukraine. The work is the result of independent research Dzevochko A. The research results were published in 15 scientific papers, including: 5 articles in scientific journals of Ukraine (1 - in the edition that is part of the scientific-metric database Scopus), 2 patents of Ukraine for utility models, 8 abstracts in proceedings of international scientific conferences.

В роботі пропонується та обґрунтовується можливість впровадження енергоефективних рішень з теплозабезпечення типового навчального закладу в умовах України. На основі розроблених методологічних підходів зроблена кількісна оцінка та оптимізація комплексного рішення, а також алгоритм його реалізації, що враховує і влаштування власного джерела теплоти із використанням біопалива і підсилення теплозахисту огороджувальних конструкцій будівель. This scientific paper proposes and substantiates the possibility of the introduction of energy-intensive solutions for the heat supply to the typical institution of education in Ukraine. For this purpose methodological approaches were developed at first. On the basis of these approaches we obtained the data of the quantitative analysis of the expediency of the realization of the solution on the additional heat insulation of external enclosures of educational buildings and hostels. Then we studied the possibility of the installation of our own source using the biofuel. As a result the integrated solution and the algorithm for its realization were proposed and this solution allows us to take into consideration the installation of our own heat source operating on the biofuel and to increase the heat transfer resistance for external enclosure structures of the buildings.

Робота присвячена дослідженню з розробки раціональних характеристичних карт керування кутом випередження запалювання в водневому двигуні на основі обраних критеріїв оптимізації. Проаналізовано вплив кута випередження запалювання на показники двигуна та визначено принципові особливості його вибору залежно від режиму роботи водневого двигуна із якісним регулюванням складу суміші. Запропоновано чотири характеристичні карти керування кутом випередження запалювання за умови забезпечення найкращої паливної економічності та балансу між паливною економічністю та токсичністю викидів двигуна. The work is devoted to research to develop the characteristic maps of rational control of ignition timing angle in the hydrogen engine based on the selected optimization criteria. The influence of the angle of ignition timing on engine performance and defined the basic features of his choice depending on the mode of hydrogen engine with quality control of the mixture. A four characteristic maps control of ignition timing angle, provided that the best fuel economy and the balance between fuel economy and emissions of toxic engine.

Одним з ефективних способів підвищення терміну служби вогнетривів скловарних печей є використання систем випарного охолодження. При цьому виникає проблема використання енергії водяної пари. Кількість пари, що отримується на одній печі, не перевищує 10 т/год. Вона має низький тиск до 0,8 МПа і високу вологість. Для конденсації пари може застосовуватись водяне або повітряне охолодження. Проаналізовано схеми конденсації пари систем випарного охолодження із застосуванням поверхневих і змішуючих конденсаторів. Однак ці схеми не дають можливості використовувати енергетичний потенціал вторинної пари. Виділяють два напрямки її використання – тепловий та енергетичний. У багатьох випадках підприємства не мають цілорічних споживачів теплової енергії. В такому разі відкривається перспектива отримання за рахунок енергії пари електричної енергії, яка може використовуватися безпосередньо на підприємстві. Розглянуто схеми з утилізаційними конденсаційними турбінами й турбінами з протитиском для утилізації низькопотенційної пари систем випарного охолодження скловарних печей. Також представлені схеми з підігрівом парою живильної води в регенеративних підігрівачах турбін і схеми з подвійним живленням турбоустановок. Проведений аналіз показав, що останні два варіанти є неефективними з огляду на необхідність подачі додаткової кількості пари, одержуваної в парогенераторах. В якості джерела енергії на скляних підприємствах використовується природний газ, тому вартість одержуваної електроенергії буде значно збільшуватися. Тому для утилізаційних схем з отриманням електроенергії найефективнішим способом буде додатковий перегрів водяної пари для підвищення її параметрів. Для цього можливо використовувати в пароперегрівачах теплоту відхідних димових газів скловарних печей. Також перспективними є варіант застосування схем з низькокиплячим теплоносієм. ; Evaporative cooling systems for glass melting furnaces are one of the effective ways to increase the service life of its refractory materials. The resulting steam can be recovered, although it has a low pressure of up to 0,8 MPa and high humidity. The amount of steam obtained from one furnace does not exceed 10 t/h. To condense the steam of evaporative cooling systems it can be used condensers with water or air cooling. Condensing circuit using surface and contact condensers is considered. The analysis shows that such circuits do not make it possible to utilize the energy potential of the secondary steam. The possible ways of steam application can be thermal energy production and electric generation. Generally glass enterprises do not have year-round heat consumers. Thus electric generation using the steam of glass melting furnaces evaporative cooling systems is preferred. Electricity generated can be used directly at the glass enterprise. Different ways of using steam from evaporative cooling systems of glass melting furnaces in electric generation systems are considered. Recovery schemes with steam heated feed water in turbine regenerative heaters and schemes with double feed turbines show their inefficiency. In these schemes, the amount of steam from the evaporative cooling system is insufficient, so it is necessary to supply additional steam, which is generated in the steam generator. Since natural gas is used as a source of energy at glass enterprises, the cost of electricity generated will be unacceptably high. Also, schemes with recovery condensing turbines and backpressure turbines are examined for recovery of low-grade steam of glass melting furnaces evaporative cooling systems. A comprehensive analysis of the schemes considered shows that the most effective way is steam additional overheating to increase steam parameters. For overheating the heat of the flue gases from glass melting furnaces can be used. Heat recovery schemes using low-boiling heat transfer fluid are also promising.

Значення вищої теплоти згорання доменного коксу мокрого гасіння зазнають суттєвих змін залежно від його крупності. Класи крупності менше 25 мм, характеризуються максимальними значеннями вищої теплоти згорання, що досягає 33,0 МДж/кг і більше. Рівень "готовності" коксу, виражений величиною виходу летючих речовин і дійсної щільністю коксу, значно впливає на величину вищої теплоти згорання. Менш "готовий" доменний кокс, отриманий на коксової батареї № 1 КХП ПрАТ "МК"Азовсталь", характеризується більш високими значеннями вищої теплоти згорання його класів крупності. Значення вищої теплоти згорання доменного коксу може служити критерієм (на додаток до вже наявних) оцінки ступеня "готовність" доменного коксу. The values of the higher calorific value of blast furnace coke vary significantly depending on its size. Coarseness classes of less than 25 mm are characterized by maximum values of higher heat of combustion, reaching 33.0 MJ/kg or more. The level of “readiness” of coke, expressed in terms of the volatile matter and the actual density of coke, has a significant effect on the value of the higher calorific value. Less “ready” blast furnace coke obtained on coke battery No. 1 is characterized by higher values of the higher calorific value of its fineness classes. The value of the higher calorific value of blast furnace coke can serve as a criterion (in addition to the existing ones) for assessing the degree of “readiness” of blast furnace coke.

Розглянуто проблеми впливу прискореного розвитку поновлюваних джерел енергії та скорочення виробництва електроенергії традиційними генеруючими потужностями на зміну тенденції розвитку в світовій енергетиці, що привело до різкої зміни пріоритетів національної енергетичної політики України з швидким зростанням потужностей поновлюваних джерел енергії, яка в 2035 р. повинна скласти 25 млрд. кВт·г, проти 2,8 млрд. кВт·г в 2018 р. Показано, що такі тенденції потребують зростання балансуючих високоманеврових потужностей в гідроенергетиці для регулювання графіків навантажень і забезпечення стійкості і надійної роботи об'єднаних енергосистем. За таких тенденцій в Україні відбувається перехід до нової інноваційної моделі функціонування електроенергетики в умовах поетапного створення повноцінного енергоринку і планованої інтеграції енергосистеми України з європейською енергосистемою (ENNSO-E). Стверджується, що у сучасних умовах роботи енергосистем гострою стає проблема покриття пікових навантажень, що викликає необхідність приділяти більше уваги роботі маневреного гідроенергетичного обладнання з метою оптимізації розподілення навантажень на споживачів. Пропонується ці проблеми вирішувати комплексно, як шляхом розробки нових лопатевих систем і проточних частин гідротурбін традиційного типу, так і вдосконаленням робочого процесу за рахунок інноваційних конструктивних рішень компонування гідроенергетичного обладнання для нових гідроенергетичних об'єктів. На кафедрі "Гідравлічні машини ім. Г. Ф. Проскури" на протязі десятка років професором Потетенко О. В. був заснований напрямок просування швидкохідних лопатевих гідротурбін на високі напори при розробці нових конструкційних схем в гідроенергетиці, що підтверджується отриманням десятків патентів на винаходи та корисні моделі. Стверджується, що подальший розвиток інноваційних схем горизонтальних капсульних гідроагрегатів пов'язаний з особливостями робочого процесу і направлений на досягнення високих середньоексплуатаційних ККД при одночасному розширенні зони експлуатації та надійності запропонованих конструкційних схем. The impact of the rapid development of renewable energy sources and the reduction of electricity production by traditional generating capacities on the change in the development trend in world energy is analyzed. This led to a sharp change in the priorities of the national energy policy of Ukraine with an increase in the capacities of renewable energy sources, which in 2035 should be 25 billion kWh of generating capacity against 2,8 billion kWh in 2018. It is shown that such trends require the growth of balancing highly maneuverable capacities in hydropower to regulate load schedules and ensure stability and reliable operation of combined power systems. Under such trends, Ukraine is transitioning to a new innovative model of the operation of the electric power industry in the conditions of the gradual creation of a full-fledged energy market and the planned integration of the energy system of Ukraine with the European energy system (ENNSO-E). It is claimed that the problem of covering peak loads becomes acute in the modern conditions of power system operation. This makes it necessary to pay more attention to the operation of maneuverable hydropower equipment in order to optimize the distribution of loads to consumers. It is proposed to solve these problems comprehensively, both by developing new blade systems and water passages of traditional type hydroturbines, and by improving the working process due to innovative constructive solutions for the layout of hydropower equipment for new hydropower facilities. Potetenko O. V. (Professor of the Department of Hydraulic Machines named after G. F. Proskura, NTU "KhPI") founded a scientific direction in which for 10 years the tasks of introducing high-speed bladed hydraulic turbines at high heads in the development of new design schemes in hydropower were developed and researched. Dozens of patents for inventions and utility models are the results of this. Further development of innovative schemes of horizontal capsule hydraulic units, which is related to the features of the working process, is aimed to achieve high average operating efficiency while simultaneously expanding operation and reliability areas of the proposed design schemes.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 255 "Озброєння та військова техніка" (25 – Воєнні науки, національна безпека, безпека державного кордону). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Актуальність теми. Потреба в міжколісних диференціалах (МКД) виникла відразу ж після появи перших автомобілів із приводом на два колеса однієї осі. Найбільш відчутно ця потреба проявлялася при проходженні автомобілем поворотів і їзді по дорогах з нерівностями. Відсутність МКД у таких трансмісіях приводило до появи циркуляції потужності, невиправдано великого додаткового навантаження на ведучу вісь і колеса, підвищення витрати палива, великого зношування шин. З винаходом класичного конічного симетричного МКД ці проблеми були вирішені. Однак з'явилися інші проблеми, пов'язані з явищем буксування у важких дорожніх умовах. Природно, що на цей виклик найшлася велика кількість технічних рішень, які так чи інакше згладжували проблему, але не вирішували її комплексно. В останні десятиліття з'явилися конструктивні рішення, у яких величина блокування диференціала контролюється електронікою по заданому алгоритму, а також приводи, у яких система контролю тяги управляє безпосередньо крутним моментом, що підводиться до ведучого колеса. Особливо ефективно такі рішення працюють у випадку застосування електричних або гідростатичних мотор-коліс. Однак, не дивлячись на достаток технічних рішень в області диференціального привода ведучих коліс, ефективної конструкції МКД для військових колісних машин (КМ) і повнопривідних автомобілів багатоцільового призначення (ПАБП) отримано поки не було. Існуючі конструкції або як і раніше використовують повне блокування з ручним керуванням, або базуються на диференціалах, що самоблокуються, підвищеного тертя, які не в змозі одночасно забезпечити і високу прохідність, і гарну керованість. Тому, не дивлячись на бурхливий розвиток електронних систем керування та індивідуального електроприводу, для військових КМ і ПАБП розробка ефективного МКД із внутрішньою автоматичністю є актуальною. Метою дисертаційної роботи є збільшення тягової динаміки колісних бронетранспортерів і ПАБП в складних дорожніх умовах при високих показниках економічності і керованості шляхом розробки і застосування МКД із гідростатичним блокуванням на базі шестеренного насосу. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: – методами чисельного моделювання провести дослідження впливу структури і параметрів МКД на динаміку розгону машини в складних дорожніх умовах; – методами чисельного моделювання провести дослідження впливу структури і параметрів МКД на опір криволінійному руху і керованість; – оцінити теоретично і експериментально можливість реалізації гідростатичного блокування без додаткових фрикційних дисків для МКД бронетранспортера БТР-4 і визначити його необхідні технічні параметри; – оцінити експериментально характеристики штатного кулачкового МКД бронетранспортера БТР-4 при повному вивішуванні одного з коліс; – визначити параметри МКД із гідростатичним блокуванням і методами чисельного моделювання провести дослідження обраних параметрів рухливості бронетранспортера БТР-4, укомплектованого запропонованими МКД. Наукова новизна отриманих результатів. Основними науковими результатами, які виносяться на захист, являються: – вперше науково обґрунтована можливість створення МКД з гідростатичним блокуванням без додаткових фрикціонів на основі шестеренного насосу для колісного бронетранспортера; – вперше запропонований енергетичний метод оцінки ефективності МКД, який на відміну від існуючих спирається на втрати не при сталому русі, а при розгоні машини в складних дорожніх умовах до заданої швидкості; – вперше запропонований метод оцінки впливу структури і параметрів МКД на спротив криволінійному руху по дорогах з твердим покриттям, який на відміну від існуючих спирається на оцінку не тільки втрат в МКД при криволінійному русі, а й на втрати при проковзуванні коліс по дорозі і збільшення дійсного радіусу повороту за рахунок уводу коліс і їх проковзування; – вперше експериментально отримана залежність блокувального моменту від швидкості буксування для двохрядного кулачкового МКД бронетранспортера БТР-4. Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження надали можливість розрахувати параметри шестеренного насосу для гідростатичного блокування МКД, що з незначними доробками монтується в картер головної передачі бронетранспортера БТР-4 і в змозі замінити покупний російський вузол з гіршими експлуатаційними характеристиками. Розроблені методи оцінки ефективності диференціалів при прямолінійному розгоні в складних дорожніх умовах і при криволінійному русі по дорогах з твердим покриттям надають можливість проводити структурно-параметричний синтез не тільки МКД, а й міжосьових диференціалів для військових КМ та ПАБП з механічною трансмісією. Практичне значення результатів дисертаційного дослідження підтверджується актами про впровадження в розрахункову практику запропонованих методів оцінки ефективності МКД в ДП "Харківське конструкторське бюро з машинобудування ім. О.О. Морозова" та ТОВ "Машгідропривод", а також актом про впровадження в навчальний процес методів оцінки ефективності МКД в НТУ "ХПІ" при підготовці студентів за спеціальністю 133 – Галузеве машинобудування, спеціалізації 133.02 – Автоматизоване проектування транспортних засобів високої прохідності. Висновки по роботі: 1) З аналізу літературних джерел був зроблений висновок про відсутність технічного рішення в області МКД, яке б забезпечувало високу прохідність (у тому числі при повному вивішуванні ведучих коліс), не погіршувало керованість, мало внутрішню автоматичність, було досить простим і дешевим у виготовленні і надійним в експлуатації. 2) Для КМ, експлуатація яких припускає можливість вивішування при русі одного або декількох коліс, у МКД для забезпечення прохідності необхідно використовувати або повне блокування, або протибуксовочні системи на базі АБС, або диференціали, що самоблокуються, з моментом, що блокує, залежним від різниці або квадрата різниці частот відносного обертання півосей і корпуса диференціала. Використання повного блокування в існуючих конструкціях вимагає або повної зупинки машини перед блокуванням / розблокуванням диференціалів або використання фрикційних дисків, блокування яких вимагає додаткового відбору потужності для їхнього втримання в замкнутому стані і які при активній експлуатації машини в складних дорожніх умовах інтенсивно зношуються. Для використання протибуксовочних систем на базі АБС на даний момент, на жаль, ми не маємо відпрацьованих достатньо надійних в умовах військового застосування вітчизняних АБС, які могли б лягти в основу створення противобуксовочной системи. Тому доцільним є використання МКД із гідростатичним блокуванням без використання додаткових фрикційних дисків. 3) З наведеного аналізу витікає, що найбільш ефективним вхідними параметрами для більшості підходів по забезпеченню автоматичного розподілу потужності між колесами є кінематична неузгодженість швидкостей обертання ведучих коліс і положення керованих коліс. 4) При аналізі прохідності КМ, які припускають можливість вивішування при русі одного або декількох коліс, необхідно оперувати поняттям блокувального моменту диференціала, а не коефіцієнта блокування. 5) У результаті математичного моделювання і розрахунків на прикладі бронетранспортера БТР-4 були отримані значення максимальної відносної частоти обертання півосі і корпусу МКД, що може виникнути через різницю у швидкостях обертання коліс різних бортів при маневруванні на дорогах із твердим покриттям, а також залежності необхідного для забезпечення прохідності блокувального моменту МКД від частоти відносного обертання півосі і корпусу МКД. Виявлено, що оптимально блокувальний момент повинен зростати від нуля до максимального значення в 3000 Нм відповідно при зростанні відносної частоти обертання півосі і корпусу диференціалу від 80 до 115 хв⁻¹. 6) З розглянутих конструкцій МКД по динаміці розгону в складних дорожніх умовах для середніх значень коефіцієнтів пропорційності перевагу мають МКД, у яких ступінь блокування залежить від навантаження. 7) При обраних коефіцієнтах пропорційності системи для малих кутів повороту керованих коліс (до 8) у перших трьох чвертях діапазону безпечних швидкостей і по опору повороту, і по зростанню радіуса повороту перевагу мають МКД, у яких ступінь блокування залежить від квадрата різниці швидкостей півосей. 8) Для більших кутів повороту керованих коліс у першій половині діапазону безпечних швидкостей також перевагу мають МКД, у яких ступінь блокування залежить від квадрата різниці швидкостей півосей. Але при швидкостях, близьких до перекидання, для будь-яких кутів повороту керованих коліс їх випереджають по показниках МКД, у яких ступінь блокування залежить від навантаження. 9) Диференціали із ПБС на базі АБС найбільше доцільно використовувати при відносно невеликих значеннях дисбалансу коефіцієнтів зчеплення по бортах машини і інтегрувати їх із системами підтримки курсової стійкості, які дозволяють залежно від ситуації легко змінювати значення коефіцієнтів пропорційності (настроювання системи). 10) Для автомобілів підвищеної прохідності, експлуатація яких не припускає режими з повним вивішуванням ведучих коліс можливо ефективне використання МКД, у яких ступінь блокування залежить від навантаження. 11) Для автомобілів високої прохідності і військових КМ, при експлуатації яких можливо повне вивішування ведучих коліс, доцільне використання МКД із фрикційним моментом, що залежить від квадрата різниці швидкостей обертання півосей. Вони можуть мати високі енергетичні показники при розгоні з мінімальним негативним впливом на керованість машини і при цьому опиратися не на електронні системи керування, а на власну внутрішню автоматичність. 12) Проведені випробування показали, що сила тяги ведучого мосту із дворядним кулачковим диференціалом при повному вивішуванні одного з коліс (правого) істотно залежить від частоти обертання колеса, що буксує, і досягає максимальної величини в 1091 Н при частоті обертання колеса, що буксує, 399 хв-1. Ця частота обертання відповідає обертанню вхідного фланця ведучого мосту для руху бронетранспортера зі швидкістю 11 м/с (39,6 км/год) після чого наступає заклинювання диференціала. 13) Отримані значення для сили тяги ведучого мосту із дворядним кулачковим диференціалом при повному вивішуванні одного з коліс (правого) недостатні для впевненого подолання бронетранспортером перешкод типу «яр» або «бархан» з діагональним вивішуванням і перешкод типу «рів» з послідовним вивішуванням мостів. 14) На основі шестеренного насоса із внутрішнім зачепленням можна реалізувати МКД із гідростатичним блокуванням без використання додаткових дисків тертя. Даний диференціал має квадратичну залежність блокувального (гальмівного) моменту від різниці кутових швидкостей півосі і корпусу диференціала. Це дозволяє, з одного боку, одержати практично повне блокування диференціала при буксуванні і, з іншого боку, чинити мінімальний опір повороту при маневруванні на дорогах із твердим покриттям. 15) Для бронетранспортера БТР-4 робочий об'єм шестеренного насоса із внутрішнім зачепленням, що дозволяє при блокуванні реалізувати максимальне зчеплення з дорогою колеса, яке не буксує, становить 415 см3. Такий насос успішно компонується в габаритах штатної головної передачі при заміні існуючого кулачкового диференціала на класичний відкритий диференціал з конічними шестірнями. 16) Оптимальний розрахунковий діаметр дроселюючого отвору становить 2 мм. Однак залежно від точності виготовлення елементів шестеренного насоса і сукупних об'ємних втрат ця величина повинна коректуватися експериментальним шляхом в бік зменшення. 17) Героторні насоси із циклоїдальним зачепленням були зняті з розгляду по причині складності реалізації в них високого тиску через низький коефіцієнт перекриття профілів зубів. Для синтезу МКД із внутрішньою автоматичністю, який би задовольняв вимогам і до тягової прохідності, і до динаміки машини і одночасно не перешкоджав її криволінійному руху, остаточно прийнятий диференціал, у якому величина блокувального моменту залежить від квадрата різниці кутових швидкостей півосей. 18) МКД із моментом блокування, що залежить від навантаження (у тому числі і штатний дворядний кулачковий диференціал) досить успішно конкурують із розглянутими диференціалами з гідростатичним блокуванням по ефективності роботи в складних дорожніх умовах, але без повного вивішування одного з коліс. 19) Для МКД із гідростатичним блокуванням досить мати діаметр дроселюючого отвору більше 3 мм для безперешкодного входу бронетранспортера в поворот і криволінійного руху без істотного збільшення енерговитрат і погіршення керованості в усьому діапазоні швидкостей руху. 20) З метою одержання необхідної прохідності і динаміки руху в складних дорожніх умовах для МКД з гідростатичним блокуванням необхідно мати діаметр дроселюючого отвору не більше 1 мм. 21) Для ліквідації отриманого протиріччя пропонується ставити в шестеренний насос керований електромагнітний клапан, що у важких дорожніх умовах буде дозволяти по команді водія в будь-якому режимі руху зменшувати прохідний перетин до діаметра менш 1 мм або взагалі повністю його закривати з розрахунком на запобіжний клапан по тиску і об’ємні втрати. ; Thesis for a PhD Degree in Technical science: Specialty 255 – Armament and military equipment (25 – Military sciences, national security, state border security). – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2020. Relevance of the topic. The need for inter-wheel differentials (IWD) arose immediately after the appearance of the first two-wheel drive cars. Most notably, this need was manifested during turning and driving on rough roads. The absence of IWD in such transmissions caused power circulation, unreasonably large additional loads on the drive axle and wheels, increased fuel consumption and high tire wear. With the invention of the traditional symmetric bevel gear IWD, these problems were solved. However, there were other problems associated with the phenomenon of slipping in difficult road conditions. Naturally, this challenge has found a large number of technical solutions that somehow smoothed out the problem, but did not solve it comprehensively. In recent decades, design solutions have emerged in which the differential lock is controlled electronically by a given algorithm, as well as drives in which the traction control system directly controls the input torque of the drive wheel. These solutions are especially effective for electric or hydrostatic motor wheels. However, despite the abundance of technical solutions in the field of differential wheel drive, there is no effective IWD design for military wheeled and multi-purpose full-wheel drive vehicles. The existing designs either still use complete manual lock, or are based on SLLSD that are not able to provide high cross-country ability and good handling at the same time. Therefore, despite the rapid development of electronic control systems and individual electric drives, the development of an efficient, internally automated IWD is topical for military wheeled and multi-purpose full-wheel drive vehicles. The aim of the dissertation is to increase the traction dynamics of wheeled armored personnel carriers and multi-purpose full-wheel drive vehicles in difficult road conditions with high rates of economy and controllability by developing and using IWD with hydrostatic locking based on a gear pump. To achieve this aim it is necessary to solve the following tasks: – to study the influence of the structure and parameters of IWD on the dynamics of acceleration of the car in difficult road conditions using methods of numerical simulation; – to study the influence of the structure and parameters of IWD on the resistance to curvilinear motion and controllability using numerical simulation methods; – to evaluate theoretically and experimentally the possibility of implementing hydrostatic blocking without additional friction disks for the IWD of the BTR-4 armored personnel carrier and determine its necessary technical parameters; – to evaluate experimentally the characteristics of the standard cam IWD of the BTR-4 armored personnel carrier with the full hanging of one of the wheels; – determine the parameters of the IWD with hydrostatic blocking and conduct a study of the selected mobility parameters of the armored personnel carrier BTR-4, equipped with the proposed IWD, using numerical simulation. The scientific novelty of the results. The main scientific results that are submitted to the public defense are: – for the first time, the possibility of creating an IWD with hydrostatic locking without additional friction disks based on a gear pump for a wheeled armored personnel carrier has been scientifically substantiated; – for the first time, an energy method has been proposed for assessing the efficiency of IWD, which, unlike the existing ones, is based on losses not with constant movement, but when the vehicles is accelerated in difficult road conditions to a given speed; – for the first time, a method is proposed for assessing the influence of the structure and parameters of IWD on the resistance to curvilinear movement on paved roads, which, in contrast to existing methods, is based not only on the assessment of losses in the IWD during curvilinear movement, but also on losses due to wheel slippage along the road and an increase in the actual radius turning due to the deviation of the wheels rolling direction and their slipping; – The dependence of the locking moment on the slipping speed for a two-row cam IWD of the BTR-4 armored personnel carrier was experimentally obtained. The practical significance of the results. The studies made it possible to calculate the parameters of the gear pump for hydrostatic locking of the IWD, which, with minor changes, is mounting in the main gear housing of the BTR-4 armored personnel carrier and is able to replace the purchased Russian unit with the worst performance characteristics. The developed methods for evaluating the effectiveness of differentials in straight-ahead acceleration in difficult road conditions and in curved motion on paved roads provide the opportunity to carry out structural-parametric synthesis of not only IWD, but also center differential for military vehicles and multi-purpose full-wheel drive vehicles with mechanical transmission. The practical significance of the dissertation research results is confirmed by acts on the implementation of the proposed methods for evaluating the effectiveness of IWD in the design practice in the State enterprise “Kharkov Machine Building Design Bureau named after A.A. Morozov” and LLC “Mashhydroprivod”. An act was also received on the introduction of methods for evaluating the effectiveness of IWD into the educational process of the NTU “KhPI” when preparing students for specialty 133 – Sectoral Engineering, specializations 133.02 – Automated design of cross-country vehicles. Conclusions on the work: 1) From the analysis of literary sources, it was concluded that there is no technical solution in the field of IWD that would ensure high crossability (including with full hanging of the drive wheels), do not impair handling, have internal automatism, was quite simple and cheap to manufacture and reliable in operation. 2) For wheeled vehicles, the operation of which allows the possibility of hanging one or several wheels when moving, in the IWD, to ensure patency, it is necessary to use either full blocking, or anti-slip systems based on ABS, or self-locking differentials with a blocking moment depending on the difference or square of the difference in the frequency of relative rotation axle shafts and differential housings. The use of complete locking in existing structures requires either a complete stop of the machine before locking (unlocking) differentials or the use of friction discs, the locking of which requires additional power take-off to keep them closed and which, when the machine is actively used in difficult road conditions, wear out intensively. Unfortunately, for the use of traction control systems based on ABS, we do not have well-tested domestic ABS systems that could form the basis for the creation of a traction control system in conditions of military use. Therefore, it is advisable to use IWD with hydrostatic locking without the use of additional friction discs. 3) From the above analysis it follows that the most effective input parameter for most approaches to ensure automatic power distribution between the wheels is the kinematic inconsistency of the rotational speeds of the drive wheels and the position of the steered wheels. 4) When analyzing the patency of wheeled vehicles that allow the possibility of hanging one or several wheels when moving, it is necessary to operate with the concept of the differential locking moment, and not the blocking coefficient. 5) As a result of mathematical modeling and calculations using the BTR-4 armored personnel carrier as an example, the values of the maximum relative rotational speed of the half-axle and the IWD housing were obtained, which can occur due to the difference in the rotational speeds of the wheels of different sides when maneuvering on paved roads. Also obtained are the dependences of the blocking moment of the IWD, necessary to ensure high crossability, on the frequency of the relative rotation of the axle shaft and the housing of the IWD. It was found that the optimum blocking moment should increase from zero to a maximum value of 3000 Nm, respectively, with an increase in the relative rotational speed of the half-axle and differential housing from 80 to 115 min-1. 6) Of the considered constructions of IWD on the dynamics of acceleration in difficult road conditions for average values of the proportionality coefficients, IWD have an advantage in which the degree of blocking depends on the load. 7) With the selected proportionality coefficients of the system for small steering angles (up to 8) in the first three quarters of the safe speed range and in terms of turning resistance and increasing turning radius, IWDs have an advantage, in which the degree of blocking depends on the square of the difference in speed of the half-axles. 8) The IWD, in which the degree of blocking depends on the square of the difference of the speeds of the axle shafts, also have an advantage for large steering angles of the steered wheels in the first half of the safe speed range. But at speeds close to turning over, they are behind from IWD, in which the degree of blocking depends on the load, for any angle of rotation of the steered wheels. 9) The IWD with a traction control system based on ABS are most suitable for use with relatively small values of the imbalance of adhesion coefficients on the sides of the car and integrate them with directional stability systems that allow you to easily change the value of the proportionality coefficients (system setting) depending on the situation. 10) For off-road vehicles, the operation of which does not imply modes with full hanging of the drive wheels, it is possible to use IWD effectively, in which the degree of blocking depends on the load. 11) For off-road vehicles and military wheeled vehicles, during operation of which full hanging of the drive wheels is possible, it is advisable to use an IWD with a locking moment, which depends on the square of the difference in the speeds of rotation of the axle shafts. They can have high energy performance during acceleration with minimal negative impact on the controllability of the machine and at the same time rely not on electronic control systems, but on their own internal automation. 12) The tests showed that the traction force of the drive axle with a double-row cam differential when one of the wheels (right) is fully hung out substantially depends on the speed of the slipping wheel. It reaches a maximum value of 1091 N at a rotational speed of a slip wheel of 399 rpm. This speed corresponds to the rotation of the input flange of the drive axle for the movement of the armored personnel carrier at a speed of 11 m / s (39.6 km / h), after which the differential is jammed. 13) The obtained values for the traction force of the drive axle with a double-row cam differential with full hanging of one of the wheels (right) are insufficient for the armored personnel carrier to overcome obstacles of the “ravine” type or “dune” type with diagonal hanging and obstacles of the “moat” type with sequential suspension of bridges. 14) Based on a gear pump with internal gearing, it is possible to realize a IWD with hydrostatic locking without the use of additional friction disks. This differential has a quadratic dependence of the locking (braking) moment on the difference in the angular velocities of the half-axle and the differential housing. This allows, on the one hand, to obtain almost complete differential blocking during slipping and, on the other hand, to provide minimal turning resistance when maneuvering on paved roads. 15) For the BTR-4 armored personnel carrier, the working volume of the gear pump with internal gearing, which allows maximum grip on the road when locking on a non-skid wheel, is 415 cm3. Such a pump is successfully assembled in the dimensions of the standard main gear (final drive) when replacing the existing cam differential with a classic open differential with bevel gears. 16) The optimum design diameter of the droselling hole is 2 mm. However, depending on the accuracy of manufacture of the gear pump elements and the total volume losses, this value should be experimentally adjusted downward. 17) Cycloidal gear gerotor pumps have been discontinued due to the difficulty of realizing high pressure in them due to the low coefficient of overlap of tooth profiles. For the synthesis of IWD with internal automaticity, which would satisfy the requirements for both traction and vehicle dynamics and at the same time not impede its curvilinear movement, the differential is finally adopted, in which the value of the blocking moment depends on the square of the difference in the angular velocities of the half-axles. 18) MKD with the moment of blocking, which depends on the load (including the standard two-row cam differential), quite successfully compete with the considered differentials with hydrostatic locking in terms of operating efficiency in difficult road conditions, but without fully hanging one of the wheels. 19) For MCD with hydrostatic locking, it is enough to have a diameter of a throttling hole of more than 3 mm for an unhindered start of rotation of the armored personnel carrier and its curvilinear movement without a significant increase in energy consumption and deterioration of controllability over the entire range of travel speeds. 20) In order to obtain the necessary cross-country ability and driving dynamics in difficult road conditions, for a MCD with hydrostatic locking, it is necessary to have a diameter of the droselling hole of not more than 1 mm. 21) To eliminate the contradiction, it is proposed to put a controlled solenoid valve in the gear pump, which in difficult road conditions will allow, at the command of the driver, in any driving mode to reduce the bore to a diameter of less than 1 mm or even completely closing it with the pressure relief valve in mind and volumetric losses in the pump.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини і гідропневмоагрегати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019 р. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі удосконалення проточних частин високонапірних оборотних гідромашин за рахунок розробки методів розрахунку та аналізу їх гідродинамічних характеристик. На підставі розгляду тенденцій розвитку гідроенергетики України, з урахуванням ролі високонапірних оборотних гідромашин в об'єднаній енергетичній системі, відмічено актуальність проектування нових проточних частин. Визначено переваги та недоліки існуючих методів дослідження гідродинамічних процесів у проточних частинах оборотних гідромашин. Наведені результати розрахунку гідродинамічних характеристик елементів проточної частини на основі методу осереднених безрозмірних параметрів для оборотних гідромашин ОРО200-В-100 та ОРО500-В-100. Застосована математична модель робочого процесу гідромашини на основі блочно-ієрархічного підходу для проведення дослідження балансу енергії. Визначено вплив геометричних параметрів елементів проточної частини на показники роботи. Проведено чисельне дослідження просторової течії рідини в проточній частині високонапірних оборотних гідромашин за допомогою CFD, що дозволило визначити та візуалізувати картину течії. Складено баланси енергії гідромашин ОРО200-В-100 та ОРО500-В-100. Відмічено, що розподіл втрат по елементам проточної частини нерівномірний: для ОРО200-В-100 найбільшу частину втрат складають втрати в робочому колесі (близько 56 %), для ОРО500-В-100 – втрати у підводі (близько 62 %). Описано основні положення визначення оптимального режиму роботи оборотної гідромашини. Запропоновано та досліджено модифікований підвід для тихохідної оборотної гідромашини ОРО500-В-100, щоб підвищити її енергетичні показники: краще узгоджені елементи ПЧ та гідравлічний ККД збільшився на 2 %. ; Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.05.17 – Hydraulic machines and hydropneumatic units. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", 2019. The tеhesis is devoted to the solution of the scientific and practical problem of improvement of the water passages of the high-pressure reversible hydraulic due to calculation and analysis their hydrodynamic characteristics. Based on the review of the trends in the development of hydropower engineering in Ukraine and given the role of high-pressure reversible hydraulic machines in the United Power System, it was noted that the designing a new flow parts is topical task. Advantages and disadvantages of the existing methods for research hydrodynamic processes in water passages of reversible hydraulic machines were identified after their analysis. The results of the calculation of the hydrodynamic characteristics of the elements of the water passages based on the method of averaged dimensionless parameters using the example of reversible hydraulic machines OPO200-B-100 and OPO500-B-100 were demonstrated. The mathematical model of the hydraulic machine working process based on a block-hierarchical approach was used to study the energy balance in the turbine and pump modes of hydraulic machines. The influence of the geometrical parameters of the elements of the water passage on the performance was determined: how the angle of flow in the spiral casing (cп ), the height of the wicket gate (b0 D) and the shape of the wicket gate profile influence the value of the coefficient resistance in the wicket gate. A numerical study of the three-dimensional flow of fluid in the water passage of high-pressure reversible hydraulic machines was carried out using the CFD software. This program allows determining the character of the flow and presenting the fields of distribution of velocity components, pressure and streamlines. The balances of energy were compiled: for the OPO200-B-100 in the turbine and pump operation modes, for the OPO500-B-100 in the turbine operation mode. It is noted that the distribution of losses on the elements of the water passage is not uniform: for the OPO200-B-100, the greatest part of the total losses are losses in the runner (about 56%), for OPO500-B-100 - losses in the inlet (about 62%). The main points for determining the optimal operating mode of the reversible hydraulic machine are described. The modified inlet for low-speed high-pressure hydraulic machine OPO500-B-100 was proposed and investigated to increase energy performance of hydraulic machine. The spiral casing was expanded, the number of stay vane blades and wicket gate blades were reduced to 16. As a result of the calculations of the modified inlet, the obtained results showed that the second variant made it possible to better align the elements of the water passage and the hydraulic efficiency increased by 2 %.

Представлено аналіз особливостей застосування рівняння збереження енергії для визначення втрат тиску на тертя при русі двофазного високов’язкого висхідного потоку у вертикальному трубопроводі. Було наведено методику обробки даних експериментальних досліджень по двофазним потокам за допомогою рівняння збереження енергії, а також висвітлено результати узагальнення експериментальних даних у вигляді апроксимуючої залежності для всього діапазону експериментальних точок. Проаналізовано причини розкиду експериментальних точок при умовному поділі усього діапазону точок на три області в залежності від значень критерію Фруда для двофазної суміші. Для обробки експериментального матеріалу було застосовано програму для статистичного аналізу даних, апроксимуючу залежність виведено із використанням методу Квазі-Ньютона. Було співставлено результати узагальнення експериментальних досліджень двофазних високов’язких потоків при використанні рівняння збереження енергії та у випадку застосування рівняння збереження кількості руху (імпульсів). Запропонована методика обробки експериментальних досліджень, а також апроксимуюча залежність для визначення втрат тиску на тертя двофазного високов’язкого потоку може бути рекомендована до застосовування для розрахунку елементів теплотехнологічного обладнання. ; There have been submitted the analysis of the specific application of the equation of conversation of energy to determine the friction losses of two-phase high-viscosity ascensional flow in a vertical pipe. The method of processing the results of the experimental data using the energy equation were presented, the results of generalization of experimental research in the form of approximating dependence for the entire range of data points have been showed also. Reasons of variation of experimental data points while the conventional division of the whole range of points in three areas depending on the values of the criteria Froude of two-phase high-viscosity flow have been analysed. The program for statistical data ahalysis have been used for processing the results of the experimental data, the approximating dependence have been derived with the application of Quasi-Newton method. There were compared the results f experimental generalization researches of two-phase high-viscosity flows in the case of using the equation of conversation of energy and in the case of using the equation of conversation of momentum (impulse). The technique of experimental research, and approximating dependence for determining pressure loss due to friction two-phase high-flow can be recommended for application to calculate the elements of thermal technological equipment.

Досліджено засади моделювання стратегії раціонального електроспоживання для гірничорудних підприємств залізорудної галузі України. Обґрунтовано нові підходи до використання методів математико - статистичних аналізу, модифікованих відповідно до галузевих особливостей. Для оцінювання невідомих величин за результатами спостережень, що містять випадкові помилки, застосовується метод найменших модулів. Імплементація отриманих результатів дозволила провести всебічний аналіз рівнів споживання електроенергії та запровадити відповідні заходи в напряму енергоефективності підприємств гірничорудного комплексу. ; The methods of modeling the rational power consumption strategy for mining enterprises of the iron ore industry in Ukraine are analyzed. New approaches to the use of methods of mathematical and statistical analysis, modified in accordance with industry specific features, are grounded. To estimate unknown values from the results of observations containing random errors the method of least modules was used. The formation of the deterministic component of the time series of volumes and cost of consumed electricity, factors that indirectly affect the consumption of electricity have occurred, often a human factor, that is, it is advisable to carry out an in-depth analysis of the formation of the deterministic component of the time series. The methodology of determination of cost - purpose approaches concerning formation of an effective system of electric power consumption with the purpose of qualitative information - analytical providing of management of the electric power supply is offered. The implementation of the obtained results allowed conducting a comprehensive analysis of electricity consumption and suggesting appropriate measures in the direction of ensuring energy efficiency of mining enterprises.