Анотація до роботи:

Кононенко А.П. Теорія і робочий процес ерліфтів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.17 - Гідравлічні машини та гідропневмоагрегати – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2007.

Підвищення енергетичної ефективності газорідинних підйомників і розширення області аналітичного визначення параметрів і характеристик ерліфтів передбачає розробку адекватних фізичних і математичних моделей робочого процесу. Отримані критерії меж існування снарядної, емульсійної і кільцевої структур водоповітряних потоків в піднімальних трубах ерліфтів і розроблені фізичні і математичні моделі робочого процесу з відповідними структурами газорідинних сумішей. Моделі дозволяють визначати значення поточних гідродинамічних параметрів газорідинної суміші, залежність подачі ерліфта від витрати повітря, зміну тисків і потужностей залежно від витрати повітря і по висоті піднімальної труби. З використанням моделі барботажного режиму роботи ерліфта обчислюється потрібна витрата повітря, а також значення газовмісту і швидкостей циркуляційних потоків. Обґрунтовано фізичне явище обмеження подачі ерліфта з піднімальною трубою і трубою подачі. Доведена енергетична пріоритетність робочого процесу ерліфта зі снарядною структурою над емульсійною і, далі, над кільцевою. Запропоновані методики рішення оптимізаційної задачі по критерію енергетичної ефективності і уточненого розрахунку ерліфтів.

Дисертаційна робота пов'язана з теоретичним узагальненням і перспективним вирішення наукової проблеми, що полягає в обгрунтуванні теорії робочого процесу ерліфтів з вертикальними висхідними снарядними, емульсійними і кільцевими водоповітряними потоками, що дозволяє визначати раціональну область експлуатації газорідинних підйомників і оптимальний режим їх роботи. Це дає можливість понизити витрати на транспортування рідин (гідросумішей) на 10-15% за рахунок зменшення енергоспоживання.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають в наступному.

1. Визначені критерії меж структур водоповітряних потоків в загальнопромислових ерліфтах, у піднімальних трубах яких переважно реалізуються снарядна, емульсійна і кільцева двофазні суміші. На підставі обробки і аналізу експериментальних даних встановлено:

а) у оптимальному режимі роботи ерліфта у вертикальній піднімальній трубі має місце:

- снарядна структура водоповітряної суміші при відносних зануреннях змішувача 0,4 < 1 і значеннях критерію Фруда суміші 0 < Fr_см 30;

- емульсійна структура водоповітряної суміші при відносних зануреннях змішувача 0,1 < 0,4 і значеннях критерію Фруда суміші 0 < Fr_см 200, а також при відносних зануреннях змішувача 0,4 < 1 і значеннях критерію Фруда суміші 30 < Fr_см 200;

б) при роботі ерліфта в режимі максимальної подачі у вертикальній піднімальній трубі має місце:

- снарядна структура водоповітряної суміші при відносних зануреннях змішувача 0,4 < 1 і значеннях критерію Фруда суміші 0 < Fr_см 20;

- емульсійна структура водоповітряної суміші при відносних зануреннях змішувача 0,1 < 0,4 і значеннях критерію Фруда суміші 0 < Fr_см 430, а також при відносних зануреннях змішувача 0,4 < 1 і значеннях критерію Фруда суміші 20 < Fr_см 430;

в) кільцева структура водоповітряної суміші має місце у вертикальній піднімальній трубі при відносних зануреннях змішувача 0 < < 0,1 і значеннях критерію Фруда суміші 0 < Fr_см 350 в оптимальному режимі роботи і 0 < Fr_см 670 в режимі максимальної подачі ерліфта.

2. Розроблені фізична і математична моделі барботажного режиму роботи ерліфта дозволили встановити, що в газорідинному підйомнику мають місце висхідні стрижньові, в центрі піднімальної труби, циркуляційні водоповітряні потоки з середніми швидкостями 1,02,4 м/с і низхідні периферійні кільцеві циркуляційні потоки з середніми швидкостями 0,30,8 м/с. Перехід барботажного режиму роботи ерліфта в експлуатаційний з бульбашково-снарядною структурою водоповітряної суміші супроводжується перетворенням низхідного циркуляційного потоку в низхідну пристінну рідинну плівку.

3. Розроблені математичні моделі робочих процесів ерліфтів із снарядною структурою вертикального двокомпонентного водоповітряного потоку, емульсійною структурою гомогенного (однокомпонентного) водоповітряного потоку і кільцевою структурою роздільного водоповітряного потоку, що дозволяють визначати об'ємний витратний і дійсний газовміст, щільність водоповітряної суміші, приведені і дійсні швидкості компонентів потоку, тиски і потужності, які компенсують сили тяжіння, тертя і інерції, а також втрати на ковзання фаз при заданих витратах повітря та по висоті піднімальної труби газорідинного підйомника.

4. Доведена адекватність розроблених математичних моделей робочих процесів ерліфтів зі снарядною, емульсійною і кільцевою структурами вертикальних водоповітряних потоків результатами експериментальних досліджень роботи газорідинних підйомників в умовах промислової експлуатації і на дослідних установках, що дозволяють максимально достовірно імітувати реальні умови (розбіжність - від 20% до 30% залежно від виду структури водоповітряного потоку).

5. Розроблені програмні комплекси дозволили визначити, що енергетична ефективність газорідинного підйомника визначається видом структури водоповітряного потоку в піднімальній трубі, а також значеннями висот підйому, подач і відносних занурень змішувачів. Доведено, що найбільш високу енергетичну ефективність мають ерліфти зі снарядною структурою потоку (для піднімальних труб діаметрами 25250 мм і довжинами 11,4590,5 м значення ККД в оптимальному режимі роботи складає 2061%, в режимі максимальної подачі - 1058%). Декілька нижча енергетична ефективність газорідинних підйомників з емульсійною структурою (для піднімальних труб діаметрами 50624 мм і довжинами 2,1192 м значення ККД: 551% - в оптимальному режимі роботи, 434% - в режимі максимальної подачі). Найбільш низький ККД мають ерліфти з кільцевою структурою водоповітряної суміші (для піднімальних труб діаметрами 100250 мм і довжинами 11,731,2 м значення ККД: 715% - в оптимальному режимі роботи, 210% - в режимі максимальної подачі). Доведено, що енергетична ефективність ерліфта підвищується із зменшенням подачі і висоти підйому при збереженні значення відносного занурення змішувача.

6. В межах витратних характеристик ерліфтів з трубами подачі значення ККД необхідно визначати з урахуванням дійсного тиску в змішувачі, оскільки кількісно вони можуть істотно відрізнятися (до 1,5 раз) від значень ККД, обчислених по загальноприйнятих методиках. У багатьох практичних випадках цей чинник може стати вирішальним в енергетичному обгрунтуванні вживаного гідравлічного устаткування для транспортування рідин або гідросумішей, або при призначенні енергетично оптимальних експлуатаційних режимів ерліфтів.

7. Обмеження подачі ерліфта із заданими діаметрами піднімальної труби і труби подачі обумовлене випереджаючим зменшенням пропускної спроможності піднімальної труби із-за зростання її опору, переважно визначуваного видом структури двофазного потоку. Зниження максимальної подачі ерліфта із-за зростання опору труби подачі при збереженні діаметра піднімальної труби також обумовлене зміною структури водоповітряної суміші.

8. Виконані дослідження дозволили розробити нові способи роботи, захисту і автоматизації ерліфтів, а також пристрої газорідинних підйомників і систем гідротранспорту з ерліфтами, які захищені авторськими свідоцтвами СРСР.

9. Ерліфтні установки, розроблені за результатами виконаних досліджень, упроваджені в системах гідрозолошлаковидалення Новосибірської ТЕЦ-5 (Росія), Екібастузських ДРЕС-1, 2 (Казахстан). Результати досліджень використані при розробці і впровадженні ерліфтів Приморської ДРЕС, Нерюнгрінської ДРЕС, Калінінської ТЕЦ-4 (Росія), при проектуванні систем гідрозолошлаковидалення Березовських ДРЕС, водогрійної котельної Кузнецької ТЕЦ, Ново-Зімінської ТЕЦ, Ульяновської ТЕЦ-3 (Росія), Павлодарської ТЕЦ-3 (Казахстан) та ін.

Результати досліджень знайшли застосування при розробці і впровадженні шахтних водовідливних установок Донбасу, ерліфтно-землесосних снарядів АТЗТ „НВО „Хаймек” (м. Донецьк), в навчальному процесі ДВНЗ „Донецький національний технічний університет” та Сумського державного університету.

Застосування удосконалених здобувачем ерліфтних установок екологічно та технічно перспективне для водовідливу шахт Донбасу, які підлягають ліквідації, в технологічних системах теплових електростанцій, видобутку корисних копалин (пісок, гравій), органічних добрив і лікувальних матеріалів з дна річок та озер.

Публікації автора:

1. Энциклопедия эрлифтов / Ф.А. Папаяни, Л.Н. Козыряцкий, В.С. Пащенко, А.П. Кононенко - М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с.

Здобувачем обґрунтовані фізичні процеси транспортування рідин стиснутим повітрям, принципи математичного моделювання водоповітряних потоків, методики експериментальних досліджень ерліфтів.

2. Бойко М.Г., Козиряцький Л.М., Кононенко А.П. Землесосні і ерліфтно-землесосні снаряди: Навчальний посібник. - Донецьк: ДонНТУ, 2007. – 296 с.

Здобувачем обґрунтовано принцип дії ерліфта, структури водоповітряних потоків в піднімальній трубі, основи розрахунку газорідинних підйомників.

3. Кононенко А.П., Мизерный В.И., Глухман Л.Л., Лебедев В.М., Климов С.В., Марасов А.В., Шкляев Ю.И. Устройство аварийного сброса воды при прорыве сетевых трубопроводов горячего водоснабжения // Энергетик. – Москва. - 1991. - №12. - С. 7-8.

Здобувачем обґрунтовано технічне рішення по використанню ерліфта в системі аварійного водовідливу підвального приміщення машинного залу теплоелектроцентралі.

4. Козыряцкий Л.Н., Кононенко А.П., Мизерный В.И. Классификация эрлифтов // Труды Донецкого государственного технического университета. Серия горно-электромеханическая.- Донецк: ДонГТУ. – 1999. – Вып. 7 - С. 130-137.

Здобувачем розроблені теоретичні основи принципів класифікації ерліфтів.

5. Козыряцкий Л.Н., Свитлый Ю.Г., Кононенко А.П. Добыча твердого топлива из шламонакопителей Донбасса // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія гірничо-електромеханічна.- Донецьк: ДонДТУ. – 2000. – Вип. 16 - С. 155-160.

Здобувачем обґрунтовані технічні рішення по використанню ерліфтів при добуванні твердого палива із шламонакоплювачів вугільних підприємств Донбасу.

6. Козыряцкий Л.Н., Кононенко А.П., Мизерный В.И. Основы моделирования эрлифтов // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія гірничо-електромеханічна.- Донецьк: ДонДТУ. – 2001. – Вип. 27 - С. 206 -210.

Здобувачем теоретично визначені значущі параметри, що впливають на робочий процес ерліфта.

7. Кононенко А.П. Математическая модель барботажного режима эрлифта // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Гірничо-електромеханічна". - Донецьк: ДонНТУ. - 2004. – Вип. 83. - С. 156-169.

8. Кононенко А.П. Структуры двухфазных потоков в подъемных трубах эрлифтов // Вісник Сумського державного університету. Серія - Технічні науки. – Суми: СДУ. - 2005. - №12(84). - С. 38-48.

9. Кононенко А.П. Модель рабочего процесса эрлифта с эмульсионной структурой водовоздушного потока // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Гірничо-електромеханічна". - Донецьк: ДонНТУ. – 2005. – Вип. 101. - С. 58-67.

10. Кононенко А.П. Ограничения в подаче эрлифта // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. Збірник наукових праць: "Технологія, організація, механізація та геодезичне забезпечення будівництва". – Макіївка: ДНАБА. – 2005. – Вип. 2005-7(55). - С. 71-81.

11. Кононенко А.П. Уравнения сохранения массы и импульса вертикального восходящего водовоздушного потока в подъемной трубе эрлифта // Промислова гідравліка і пневматика. – Вінниця. - 2006. - №3 (13). - С. 44-48.

12. Кононенко А.П. Количественный анализ гидродинамических параметров барботажного режима эрлифта // Збірник наукових праць "Вісник Донбаської державної машинобудівної академії".– Краматорськ: ДДМА. – 2006. - №1(3). - С. 217-223.

13. Кононенко А.П. Модель рабочего процесса эрлифта со снарядной структурой водовоздушного потока // Промислова гідравліка і пневматика. - Вінниця. - 2006. - №1 (11). - С. 34-37.

14. Бойко Н.Г., Кононенко А.П. Расчетные характеристики эрлифта со снарядной структурой водовоздушной смеси // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Гірничо-електромеханічна". - Донецьк: ДонНТУ. – 2006. – Вип. 104. - С. 17-29.

Здобувачем розроблені теоретичні основи побудови розрахункових характеристик ерліфта зі снарядною структурою водоповітряної суміші.

15. Кононенко А.П. Тиски та потужності снарядного водоповітряного потоку в піднімальній трубі ерліфта // Науковий журнал "Вісник Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського". Серія "Технічні науки". - Донецьк: ДонДУЕТ. - 2006. - №1(29). - С. 20-30.

16. Кононенко А.П. Изменение гидродинамических параметров снарядного водовоздушного потока по высоте подъемной трубы эрлифта // Вісник Сумського державного університету. Серія - Технічні науки. – Суми: СДУ. - 2006. - №12(96). - С. 12-22.

17. Кононенко А.П. Расчетные характеристики эрлифта с эмульсионной структурой водовоздушной смеси // Науковий журнал "Вісник Донецького університету". Серія А, "Природничі науки". - Донецьк: ДонНУ. – 2006. - №2. - С. 143-150.

18. Бойко Н.Г., Кононенко А.П. Энергетические параметры эмульсионного водовоздушного потока в подъемной трубе эрлифта // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонНТУ. – 2006. – Вип. 12 (113) - С. 17-32.

Здобувачем виконане теоретичне обґрунтування та експериментальне підтвердження розподілу тисків та потужностей в емульсійному водоповітряному потоці.

19. Кононенко А.П. Модель рабочего процесса эрлифта с кольцевой структурой водовоздушного потока // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". – 2006. - №27. - С. 113-121.

20. Кононенко А.П. Расчетные характеристики эрлифта с кольцевой структурой водовоздушной смеси // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – Харків. - 2006. - №5/1 (23). - С. 58-61.

21. Кононенко А.П. Энергетическая эффективность эрлифта // Науковий журнал "Вісник Донецького університету". Серія А, "Природничі науки". - Донецьк: ДонНУ. – 2006. - №1, Частина 1. - С. 205-212.

22. Кононенко А.П. Мизерный В.И., Глухман Л.Л. Опыт применения эрлифтных установок в технологических системах ТЭС // Енергетика та електрифікація. – Київ. - 2006. - №11. - С. 8-12.

23. Кононенко А.П. Давления и мощности кольцевого водовоздушного потока в подъемной трубе эрлифта // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – Луганськ: СУНУ. – 2007. - №3(109), Частина 1. – С.141-147.

24. Способ работы эрлифтной установки: А.с. 1153121 СССР, МКИ⁴ F 04 F 1/20 / С.А. Рабчинский, Г.В. Полторацков, А.П. Кононенко, Л.В. Полторацкова (СССР). - №3675065/25-06; Заявлено 16.12.83; Опубл. 30.04.85, Бюл. №16. – 125 с.

Здобувачем обгрунтована залежність ефективності роботи ерліфта від структури газорідинного потоку в піднімальній трубі.

25. Способ автоматического управления группой эрлифтных установок: А.с. 1225929 СССР, МКИ⁴ F 04 F 1/18 / С.А. Рабчинский, Вал.Г. Миргородский, Е.В. Усков, Вл.Г. Миргородский, А.П. Кононенко (СССР). - №3585315/25-06; Заявлено 27.04.83; Опубл. 23.04.86, Бюл. №15. – С. 88.

Здобувачем обгрунтовано визначальний вплив на ефективність роботи ерліфта тиску робочого тіла в камері змішування.

26. Эрлифт: А.с. 1257300 СССР, МКИ⁴ F 04 F 1/18 / С.А. Рабчинский, Е.В. Усков, А.П. Кононенко (СССР). - №3791875/31-06; Заявлено 21.09.84; Опубл. 15.09.86, Бюл. №34. – 123 с.

Здобувачем обгрунтована залежність економічності роботи ерліфта від відносної швидкості газової та рідинної складових аерогідросуміші.

27. Эрлифтная установка: А.с. 1687913 СССР, МКИ⁵ F 04 F 1/18 / А.П. Кононенко, Л.Л. Глухман, В.Н. Еньшин, В.И. Мизерный (СССР). - №4771397/29; Заявлено 31.10.89; Опубл. 30.10.91, Бюл. №40. – 135 с.

Здобувачем обгрунтована залежність терміну служби та умов експлуатації ерліфта від початкових напрямків руху компонентів аерогідросуміші в змішувачі.

28. Эрлифт: А.с. 1724952 СССР, МКИ⁵ F 04 F 1/18 / В.Н. Еньшин, В.И. Мизерный, А.П. Кононенко, Л.Л. Глухман (СССР). - №4738823/29; Заявлено 19.09.89; Опубл. 07.04.92, Бюл. №13. – 148 с.

Здобувачем обгрунтована доцільність підвищення ККД ерліфта за рахунок підтримання незмінної структури газорідинного потоку по висоті піднімальної труби.

29. Кононенко А.П. Опыт эксплуатации и перспективы использования эрлифтов на тепловых электростанциях // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции по завершенным научно-исследовательским работам. - Донецк: ДПИ. - 1991. - С. 57.

30. Кононенко А.П. Математическое моделирование рабочих процессов общепромышленных эрлифтов // Сборник научных трудов по материалам научно-практической конференции "Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании". - Том 3. Технические науки. - Одесса: Черноморье. - 2005. - С. 3-6.

31. Кононенко А.П. Границы структур вертикальных водовоздушных потоков в эрлифтах // Матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції „СУЧАСНІ НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ – 2006”. Том 16. Технічні науки. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2006. - С. 67-71.

32. Кононенко А.П. Барботажный режим в эрлифте // Матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції "ДНІ НАУКИ - 2006". Том 8. Технічні науки. - Дніпропетровськк: Наука і освіта. - 2006. - С. 36-39.

33. Кононенко А.П. Изменение давлений снарядного водовоздушного потока в газожидкостном подъемнике // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции "Современные направления теоретических и прикладных исследований". Том 3. Технические науки. - Одесса: Черноморье - 2006. - С. 57-60.

34. Кононенко А.П., Бойко Н.Г. Условия реализации газожидкостных структур и потери трения эмульсионного водовоздушного потока в подъемной трубе эрлифта // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции "Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2006". Том 2. Технические науки. - Одесса: Черноморье. - 2006. - С. 55-60.

Здобувачем виконане теоретичне обґрунтування умов існування структур водоповітряних потоків та залежності для визначення гідравлічних втрат емульсійної суміші.

35. Кононенко А.П. Модели двухфазных водовоздушных потоков в подъемных трубах эрлифтов // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т.8: Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности". 14-17.03.2007, Санкт-Петербург, Россия. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. – 2007. – 225-226.