Детальні напрямки діяльності відділу (МОТП)

 

РОЗВИТОК ТЕОРЕТИЧНИХ ЗАСАД МОНІТОРИНГУ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ОБ’ЄКТІВ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ ТА ПІДВИЩЕННЯ ЇХНЬОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ

 Мета роботи – забезпечення ефективного моніторингу технічного стану відповідальних елементів основного та допоміжного устаткування котелень та теплотрас і підвищення економічності, екологічності та надійності газоспоживаючого котельного обладнання малої та середньої потужності.

Результати виконаних досліджень. Розроблено метод імітаційного моделювання негауссівських шумових сигналів, що виникають при роботі теплоенергетичного обладнання, який ґрунтується на фізиці їх виникнення. Запропонована математична модель акустичного сигналу витоку рідини в трубопроводі і отримані його ймовірнісні характеристики, що є можливими діагностичними параметрами таких сигналів. Запропонована система моніторингу тепловтрат на ділянках теплотрас, яка включає акустичну систему виявлення витоків теплоносія, систему вимірювання інтегральних та питомих тепловтрат, і дозволяє в експлуатаційному режимі об’єктивно визначити фактичний стан тепломереж.

ВИМІРЮВАННЯ І КОНТРОЛЬ ТЕПЛОВИХ ВЕЛИЧИН; РОЗРОБКА ТА ВПРОВАДЖЕННЯ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК І ТЕРМОРАДІАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

 Мета роботи – забезпечення достовірності вимірювальної інформації про енергетичні, теплофізичні і термодинамічні властивості нових матеріалів, речовин і виробів; розробка, виготовлення та впровадження засобів вимірювання теплових величин для вирішення прикладних задач згідно з технічними завданнями.

Результати виконаних досліджень. Створено понад 200 типів і моделей первинних перетворювачів (сенсорів) теплового потоку і температури, а також теплофізичних приладів на їх основі, серед яких:

– теплометричні прилади, системи і комплекси для вимірювання коефіцієнта теплопровідності будівельних матеріалів, теплового опору склопакетів, коефіцієнта емісії матеріалів в довгохвильовій області спектра, для визначення теплоти гідратації бетонів і цементів, а також для теплових випробувань будівельних огороджувальних конструкцій в лабораторних і натурних умовах;

– кондуктивні бомбові калориметри для визначення теплоти згоряння твердого, рідкого і газоподібного палива;

– засоби контролю теплового навантаження на головний аеродинамічний обтічник ракети-носія в процесі виведення на орбіту космічних апаратів;

– система вимірювання питомої теплоємності зразків полімерних і композиційних матеріалів;

– установка синхронного теплового аналізу для вимірювання теплоти випаровування і теплоємності рослинної сировини та біопалива.

          Комплекс виконаних робіт по вимірюванню і контролю теплових величин увійшов складовою частиною в роботу інституту, відзначену Державною премією України в галузі науки і техніки в 2004 році (к.т.н. Воробйов Л.Й., д.т.н. Грищенко Т.Г., к.т.н. Декуша Л.В.).

         Серія праць “Інформаційно-вимірювальні методи та технології моніторингу об’єктів генерування, транспортування та споживання теплової енергії” авторів Бабака В.П., Декуші Л.В., Воробйова Л.Й. отримала в 2017 р. премію НАН України ім. Г.Ф.Проскури.

      За розробку теплометричних засобів контролю теплового навантаження на головний обтічник ракети-носія в умовах польоту к.т.н. Декуші О.Л. і к.т.н. Ковтун С.І. присуджена Премія Президента України для молодих вчених в 2015 році.

        Премії Президента України для молодих вчених 2019 року за роботу «Методи і засоби контролю якості палив та підвищення ефективності їх спалювання» були присуджені к.т.н. Запорожцю А.О., к.т.н. Іванову С.О., к.т.н. Сергієнку Р.В. (УКАЗ ПРЕЗИДЕНТА УКРАЇНИ №903/2019).

СИСТЕМИ УПРАВЛіННЯ ТЕПЛОСПОЖИВАННЯМ

Мета роботи – забезпечення ефективного використання виробленої теплової енергії за рахунок автоматизації процесу теплоспоживання з використанням мікропроцесорних систем управління, а також альтернативних джерел енергії.

Результати виконаних досліджень. Проведено аналіз методів підвищення ефективності систем теплопостачання за рахунок регулювання теплових навантажень і використання альтернативних джерел енергії. Проаналізовано існуючі схеми теплоспоживання, методи і засоби автоматизації теплових пунктів, проведено порівняльний аналіз сучасних автоматизованих теплових пунктів. Розроблено математичну модель кількісного управління автоматизованого пункту управління теплоспоживання. Розроблено способи економії енерговитрат за рахунок оптимізації теплообміну і витрати теплоносія, регулювання температури теплоносія в системах опалення з урахуванням опалювального графіка в залежності від зовнішньої температури, часу доби, дня тижня, сезонного регулювання, зниження температури повітря в приміщенні в період відсутності людей, використання теплової енергії, накопиченої в акумуляторі тепла, і ін.

 РОЗРОБКА НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧНОЙ БАЗИ

Мета роботи – забезпечення єдності, достовірності і порівнянності результатів вимірювання теплового потоку, теплофізичних характеристик і терморадіаційних властивостей матеріалів і покриттів, контролю параметрів теплових режимів роботи обладнання, теплотехнічного обстеження будівель і споруд.

Результати виконаних досліджень. Розроблено 35 нормативно-методичних документів, включаючи національні (ДСТУ, ДСТУ БВ) і міждержавні (ГОСТ, ДСТУ (ГОСТ)), а також гармонізованих с міжнародними (ДСТУ ISO, ДСТУ EN) стандарти України для вирішення задач в області вимірювання теплових величин.

За останні 5 років розроблено науково-практичні засади моніторингу та інформаційно-вимірювальних систем різного призначення з метою підвищення ефективності і екологічності протікання теплофізичних процесів. Зокрема, співробітниками відділу МОТП отримано такі основні наукові результати:

1. На основі аналізу негауссових процесів та опрацювання негауссівських шумових сигналів, що виникають при роботі теплоенергетичного обладнання, вперше в світі розроблені статистичні методи оцінювання кумулянтів шумових сигналів та їх законів розподілів із застосуванням ортогональних поліномів і сумішей розподілів ймовірностей. Розроблено інформаційне забезпечення статистичного опрацювання діагностичних шумових сигналів, які реалізують методи аналізу кумулянт та законів розподілу, що дозволило підвищити чутливість систем діагностування теплоенергетичного обладнання та достовірність контролю його стану
2. В результаті проведеного циклу теоретичних досліджень збурень полів температури та теплового потоку та розроблені способи зменшення методичних похибок вимірювання при застосуванні поверхневих сенсорів теплового потоку за різних умов теплообміну в залежності від теплофізичних характеристик об’єкта контролю, вперше в світі запропоновано та здійснено реалізацію методу покрокового сканування шляхом суміщення трьох етапів сканування, що дозволило компенсувати вплив на результат вимірювання власної теплоємності комірок, зовнішніх збурень і похибки відтворення температурного графіка нагрівання
3. Вперше в світі запропонована концепція моделювання сенсорів теплового потоку, в рамках якої сенсор розглядається як гетерогенне тіло із замкненими включеннями з контрастною теплопровідністю, при цьому елементарна комірка поділена ізотермічними та адіабатичними площинами. Це дозволяє вдосконалити метод розрахунку основних характеристик сенсорів та підібрати таку товщину захисного шару, за якої чутливість сенсора теплового потоку не залежить від теплопровідності об’єкта контролю, внаслідок чого досягається зменшення методичної складової похибки вимірювання у 2-3 рази.
4. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість еталонного відтворення одиниці вимірювання поверхневої густини теплового потоку з похибкою, що не перевищує 1%, на рівні 10 Вт/м² при кондуктивному способі підведення теплової енергії без вакуумування робочої комірки. Це дозволило на порядок розширити нижню межу робочого діапазону вимірювань, що відповідає світовому рівню метрологічного забезпечення вимірювань поверхневої густини теплового потоку
5. Вперше в світі запропоновано концепцію вдосконалення еталонної бази забезпечення єдності вимірювань поверхневої густини теплового потоку в діапазоні 1÷2·10⁶ Вт/м², сутність якої полягає у використанні різних способів формування і передавання теплової енергії та єдиного модулю реєстрації та опрацювання вимірювальної інформації, що дозволило на порядки розширити нижню та верхню межі робочого діапазону вимірювань.
6. Розвинуто науково-практичні засади та методологію кондуктивної калориметрії на базі термоелектричних перетворювачів теплового потоку, зокрема вперше в світі розроблені методи квазідиференціальних вимірювань та динамічного вимірювання імпульсного тепловиділення, які дозволяють у 3…7 разів зменшити вплив зовнішніх завад та у 1,5…2 рази зменшити масо-габаритні характеристики засобів калориметрії у порівнянні з диференціальними.