Теплові двигуни енергетичних комплексів

Мета вивчення дисципліни: формування у майбутніх фахівців теоретичних знань та практичних навичок і розуміння щодо принципів функціонування теплових двигунів енергокомплексів, опанування їх схемно-конструктивними та аеродинамічними характеристиками та методами профілювання лопатевого апарату. Крім того, до сфери компетенції даної навчальної дисципліни входить опанування методів розрахунку теплових процесів в проточній частині теплових двигунів, аналізу результатів, а також розвиток здібності до практичної реалізації знань у сфері енерговиробництва, здатності вирішувати запити практики, застосовувати технології раціонального використання первинних та відновлюваних енергоресурсів при експлуатації теплових двигунів в базових та змінних режимах роботи з максимальною ефективністю.

Практичне значення та використання отриманих знань:
‒ вміти визначати умови та фактори, які забезпечують отримання максимальної технічної роботи теплових двигунів енергокомплексів;
– вміти визначати схемно-конструктивні та аеродинамічні параметри теплових двигунів енергокомплексів та особливостями їх режимів роботи;
– володіти методикою розрахунку теплових процесів в проточній частині теплових двигунів, внутрішніх та зовнішніх втрат енергії, а також представляти і аналізувати результати розрахунків в h-s діаграмі;
– володіти методами профілювання лопатевого апарату;
– володіти методикою розрахунку змінних режимів роботи теплових двигунів та аналізувати результати розрахунків з використанням рівняння Флюгеля і конусу Стодола;
– оволодіти методами розрахунку турбін спеціальних конструкцій з використанням графоаналітичного методу
Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. Області використання. Переваги і недоліки теплових двигунів, які використовуються в енергокомплексах.
Лекція 2. Конструктивні особливості і процеси в проточній частині з урахуванням реактивності теплових двигунів енергокомплексів
Лекція 3. Система коефіцієнтів корисної дії теплових двигунів енергокомплексів.
Лекція 4. Методика розрахунку трикутників швидкостей, побудування процесів в h-s діаграмі, вибір типів профілів за результатами розрахунку. Розрахунок довжини лопатей.
Лекція 5. Аеродинамічні і конструктивні параметри та втрати енергії в лопатевому апараті .
Лекція 6 Методика визначення відносного лопатевого коефіцієнта корисної дії та параметри гальмування.
Лекція 7. Втрати тертя і вентиляції.
Лекція 8. Втрати від витікання.
Лекція 9. Визначення кількості гребнів ущільнень. Крива постійної витрати
Лекція 10. Втрати від вологості
Лекція 11. Технічна робота на робочих лопатях.
Лекція 12. Оптимальне відношення колової швидкості і абсолютної швидкості на вході в лопатевий апарат для активного ступеня
Лекція 13. Оптимальне відношення колової швидкості і абсолютної швидкості на вході в лопатевий апарат для реактивного ступеня
Лекція 14. Методика визначення коефіцієнта повернення теплоти.
Лекція 15. Методика розподілення перепаду ентальпій по ступенях багатоступеневих турбоустановок.
Лекція 16. Методика профілювання довгих лопаток.
Лекція 17. Регулюючі ступені, трикутники швидкостей, процеси в h-s діаграмі
Лекція 18. Визначення числа вихлопів, ступінь з полуторним вихлопом.
Лекція 19. Змінний режим роботи простого сопла. Діаграма відносних витрат.
Лекція 20. Змінний режим роботи сопла Лаваля, відхилення робочого тіла в косому зрізі сопла, формула Бера, годограф швидкостей.
Лекція 21. Експлуатація теплових двигунів енергокомплексів при змінних режимах роботи.
Лекція 22. Системи паророзподілення. Діаграми витрат
Лекція 23. Турбіни спеціальних конструкцій. Методика розрахунку

Практичні заняття:
Практичне заняття 1 Визначення теплофізичних параметрів циклу Ренкіна з використанням h-s діаграмі. Термічний ККД циклу
Мета роботи - одержання навичок побудування процесів в h-s діаграмі для теплового двигуна
Характер заняття – дослідно-аналітичний
Практичне заняття 2 Визначення теоретичного і реального перепаду ентальпій в трьох циліндровій турбіні. Побудування процесів в h-s діаграмі.
Мета роботи - одержання навичок розрахунку теоретичного і реального перепаду ентальпій в циліндрах з використанням h-s діаграмі
Характер заняття – дослідно-аналітичний
Практичне заняття 3 Побудування трикутників швидкостей. Вибір типу профіля лопатки. Робота з атласом профілів.
Мета роботи - здобуття навичок розрахунку трикутників швидкостей та вибору типу профілів на їх основі та навичок використання атласу для практичних розрахунків
Характер заняття – дослідно-аналітичний
Практичне заняття 4 Визначення відносного внутрішнього та лопатного ККД ступеня турбіни
Мета роботи - здобуття навичок визначення лопатного та відносного внутрішнього ККД ступеня.
Характер заняття – дослідно-аналітичний.
Практичне заняття 5 Визначення параметрів змінного режиму сопел за результатами експериментальних досліджень та з використанням діаграми відносних витрат
Мета роботи - здобуття навичок визначення та аналізу параметрів змінного режиму сопел Характер заняття – дослідно-аналітичний
Практичне заняття 6 Визначення коефіцієнту повернення тепла з використанням h-s діаграми
Мета роботи – здобуття навичок визначення коефіцієнту повернення тепла з використанням h-s діаграми Характер заняття – дослідно-аналітичний
Практичне заняття 7 Визначення розподілу перепаду ентальпій по ступеням турбіни за геометричними характеристиками теплового двигуна
Мета роботи – здобуття навичок визначення розподілу перепаду ентальпій за геометричними характеристиками ступенів і даними попереднього практичного заняття
Характер заняття – дослідно-аналітичний

Лабораторні заняття:
Лабораторне заняття 1. Організація лабораторних робіт та техніка безпеки. В даній роботі студенти знайомляться з турбінним обладнанням лабораторії елементами проточної частини теплових двигунів різного призначення, аеродинамічним стендом, які відкриті для огляду
Мета заняття – здобуття вміння ідентифікувати призначення на схемно-конструктивних особливості елементів теплових двигунів.
Характер заняття - дослідно-аналітичний
Лабораторні заняття 2, 3. Випробування повітряної турбіни. В даній роботі студенти проводять випробування повітряної одноступеневої турбіни на холостому ході та під навантаженням. Встановлюють ефективність її роботи, визначають внутрішню потужність турбіни, обчислюють систему
Мета заняття - напрацювати навичок методики випробування повітряної турбіни та обробки експериментальних даних
Характер заняття - дослідно-аналітичний
Лабораторні заняття 4, 5. Випробування сопла при змінному режимі. В даній роботі студенти проводять випробування простого сопла, що працює в змінному режимі. Встановлюють критичну витрату крізь сопло, порівнюють результати експерименту з розрахунковими даними
Мета роботи – здобуття вміння застосовувати методику випробування простого сопла, що працює в змінному режимі.
Характер заняття - дослідно-аналітичний
Лабораторне заняття 6, 7. Визначення профільних та кінцевих втрат в турбінній решітці. В даній роботі студенти проводять випробування решітки профілів на аеродинамічному стенді для визначення профільних втрат енергії. Кожна група виконує дослідження на певній висоті лопатки.
Мета роботи – здобуття навичок випробування решіток профілів на аеродинамічному стенді, що дозволяє встановити аеродинамічні характеристики решітки та профільні і кінцеві втрати в ній
Характер заняття – дослідно-аналітичний
Лабораторні заняття 8. Визначення кінцевих втрат в турбінній решітці. В даній роботі студенти малокомплектними групами проводять випробування решітки профілів на аеродинамічному стенді для визначення кінцевих втрат енергії. Після виконання роботи всі групи об’єднують одержані результати і завершують роботу колективно
Мета роботи – здобуття навичок випробування решіток профілів на аеродинамічному стенді, що дозволяє встановити аеродинамічні характеристики решітки.
Характер заняття - дослідно-аналітичний
Індивідуальна робота
Не передбачена

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання
Критерії оцінювання
Оцінка за виконання завдань для самостійної роботи є обов’язковим балом, який враховується при підсумковому оцінюванні навчальних досягнень з навчальної дисципліни. За підсумками семестру студент має набрати максимально 100 балів, а саме:
7.1 Рівень теоретичної підготовки з дисципліни оцінюється двома модульними контролями в письмовій формі, кожен з яких містить 2 теоретичних питання та 1 задачу. Кожне з питань, на які студент має надати відповіді оцінюється максимально у 10 балів, задача – у 10 балів. Таким чином студент має можливість при бездоганному виконані набрати максимально за кожну модульну контрольну роботу 30 балів. За дві модульних контрольних роботи – максимально 60 балів.
7.2 Студент може накопичити 20 балів у процесі виконання 8 лабораторних занять протягом семестру – ці бали зараховується студенту, який бездоганно виконує всі лабораторні завдання. Кожна лабораторна робота оцінюється у 2,5 балів. Якщо студент не справляється з лабораторною роботою самостійно – бали не нараховуються. Прогалини у знаннях з теоретичної частини та помилки при виконанні лабораторного практикуму зменшують кількість набраних балів.
7.3 Студент може накопичити 20 балів у процесі виконання 7 практичних робіт протягом семестру – ці бали зараховується студенту, який бездоганно виконує всі практичні завдання. Кожна практична робота оцінюється у 2,857 балів. Якщо студент не справляється з практичною роботою самостійно – бали не нараховуються. Прогалини у знаннях з теоретичної частини та помилки при виконанні практичного завдання зменшують кількість набраних балів.
7.4 Підсумковим контролем з дисципліни є екзамен.
Екзаменаційний білет з дисципліни складається з двох частин: теоретичної (питання) та практичної (задачі). Мінімальна кількість балів, що зараховується як позитивний результат, дорівнює 60 (за 100-бальною шкалою). Бали розподіляються наступним чином: 60 балів – теоретична частина, 40 балів – практична частина (задача). Екзамен письмовий. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.