Реєстраційний номер
0825U002953, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
10-09-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Удосконалення умов роботи та конструкцій гідравлічних турбін шнекового типу малих гідроелектростанцій
Здобувач
Герба Олександр Володимирович,
Керівник Рябенко Олександр Антонович
Опонент Роговий Андрій Сергійович
Опонент Чернюк Володимир Васильович
Рецензент Герасімов Євгеній Генріхович
Рецензент Волк Любов Романівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний університет водного господарства та природокористування
Опис
Сучасні виклики енергетичного сектору вимагають впровадження інновацій у малу гідроенергетику для підвищення енергетичної безпеки та зменшення залежності від традиційних ресурсів. Перспективним напрямом є розробка турбін, здатних ефективно працювати у водному та повітряному середовищах.
Метою дослідження є підвищення ефективності роботи малих гідротурбін шнекового типу шляхом удосконалення їх конструктивних параметрів та умов взаємодії з водним потоком, що створює передумови для розширення сфер застосування таких турбін в автономних енергетичних системах, водогосподарських об’єктах і гідротехнічних спорудах.
Для досягнення мети проаналізовано стан малої гідроенергетики, досліджено вдосконалені конструкції турбін та сформульовано рекомендації щодо підвищення їх ефективності. Робота складається зі вступу, семи розділів, висновків, списку джерел і додатків.
У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, висвітлено мету та основні завдання дисертаційної роботи, окреслено об'єкт, предмет і методи дослідження, сформульовано наукову новизну та зазначено особистий внесок автора.
Перший розділ аналізує стан малої гідроенергетики України, основні технічні, економічні та екологічні проблеми, а також технології провідних виробників. Запропоновано модель турбіни з підвищеною продуктивністю та зниженими втратами.
Другий розділ присвячено опису конструктивних особливостей трьох типів спіралеподібних турбін шнекового типу, запатентованих у межах одного патенту. Вони реалізують принцип поступового стискання потоку для перетворення кінетичної енергії у механічну. Кожна конструкція має унікальні геометричні особливості. Використано різні профілі лопатей і маховиковий ефект для підвищення стабільності обертання.
У третьому розділі описано модернізацію лабораторної установки та методику випробувань турбін у водному й повітряному потоках. Встановлено випробувальний модуль, пристрій для зміни напряму потоку, вимірювальні прилади та автоматичний контролер з SCADA-системою. Це забезпечило точність та вірогідність результатів, створивши основу для порівняння конструкцій.
Четвертий розділ висвітлює аеродинамічну оцінку спіралеподібних турбін у повітряному потоці. Експерименти з компресорним обладнанням дозволили встановити вплив тиску, конструкції лопатей і корпусу на ефективність. Оптимізовані параметри забезпечили стабільну роботу турбін у нестабільних умовах.
У п’ятому розділі представлено процес проєктування та конструктивні особливості гвинтової турбіни з класу шнекових. На основі аналізу недоліків спіралеподібних конструкцій оптимізовано геометрію корпусу та лопатей для зниження гідродинамічних втрат і підвищення ефективності перетворення енергії. Впровадження криволінійних заокруглень у зоні злиття лопатей із корпусом дозволило зменшити турбулентність і забезпечити рівномірний розподіл навантаження. Створена конструкція лягла в основу технічної документації для патентування.
У шостому розділі проаналізовано результати лабораторних досліджень п’яти варіантів турбін у водному потоці з урахуванням різної маси та кута подачі потоку. Встановлено, що збільшення маси покращує стабільність обертання й енергетичну ефективність, тоді як легкі конструкції швидше запускаються, але менш ефективні під навантаженням. Подавання потоку під кутом 90° забезпечує вищу продуктивність, ніж під 45°. На основі отриманих даних сформовано рекомендації з оптимізації маси, кута подачі та режимів роботи турбін для малих ГЕС.
Сьомий розділ узагальнює результати досліджень, визначає наукову новизну та практичну значущість розроблених турбін. Проаналізовано вплив напору, кута подачі, навантаження та маси на ефективність роботи. Доведено, що подача потоку під кутом 90° та збільшення напору сприяють підвищенню ККД. Найефективнішою виявилася гвинтова турбіна. Сформовано рекомендації з вибору та експлуатації турбін для малих ГЕС, а також окреслено перспективи їхнього застосування в альтернативній енергетиці та суміжних галузях.
У висновках підсумовано основні результати дослідження, сформульовано наукові положення та визначено напрями практичного застосування вдосконалених шнекових турбін у сфері відновлюваної енергетики та суміжних технічних галузях. Отримані результати апробовано на наукових конференціях, тематичних семінарах та опубліковано у фахових виданнях. Запропоновані технічні рішення захищено патентами на корисну модель. Подальші дослідження орієнтовані на адаптацію розроблених конструкцій до реальних умов експлуатації, підвищення їхньої надійності та розширення сфер використання.
Дата реєстрації
2025-07-14
Додано/оновлено в НРАТ
2025-07-14 / 2026-07-01
