Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и проектирования энергетических машин объемного действия нового типа с повышенно интенсивным теплообменом в зоне рабочих органов

Докладчик: Щерба Виктор Евгеньевич

Должность: Зав. кафедры , Зав. каф., профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ

Цель проекта:
На производство энергии в виде сжатого газа, которая используется в машиностроении, нефтехимической, пищевой, фармацевтической промышленности, металлургии и др. только стационарными машинами в развитых странах тратится около 10% всей вырабатываемой электроэнергии, что, например, для России ориентировочно равно потреблению всей железнодорожной сети страны. Ежегодно в России выпускается более 120 тыс. единиц крупного (средняя мощность около 20 кВт) оборудования, служащего для создания жидкости под давлением. В то же время, подавляющее большинство предприятий по обработке материалов и созданию различного рода продукции одновременно используют и газ (в основном – воздух, за исключением предприятий нефтехимического комплекса) и жидкость под давлением, которые производятся отдельными машинами, и большая часть которых работает по принципу получения потока рабочей среды под давлением за счет изменения ее объема – машины объемного действия. Это не только создает большие сложности в компоновке оборудования и линий питания, но и не дает возможности кардинально улучшить энергетические характеристики системы гидро- и пневмоснабжения широкого класса предприятий. Целью данного проекта является создание принципиально новых конструктивных схем, компоновок и образцов источников энергии сжатых газов и жидкостей под давлением путем их агрегатирования на единой платформе и с единым источником механической энергии (гибридных энергетических машин). Такие машины позволят снизить материалоемкость источников энергии ориентировочно на 30%, за счет использования рабочей жидкости одновременно для активного охлаждения компримируемого газа поднять КПД компрессорных машин ориентировочно на 5%, и в отдельных случаях за счет исключения активного трения в рабочих органах увеличить экономичность еще примерно на 6%.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта планируется разработать пневмогидравлические схемы и конструктивные решения принципиально новых энергетических машин объемного действия гибридного типа, сжимающих одновременно или попеременно газы и жидкости, с их юридической защитой (патенты на конструкции и способы работы), удельная материалоемкость которых будет ниже, чем у известных энергетических машин объемного действия примерно на 30%, а удельное потребление энергии – на 5-11% ниже известных лучших мировых образцов. Для реализации этой цели будут разработаны и экспериментально подтверждены новые методы расчета, алгоритмы, и математические модели сложных пневмо- и гидромеханических процессов, протекающих в сопряженных рабочих полостях агрегатов, а также программный продукт для их реализации, позволяющие проектировщику рассчитывать основные внешние характеристики, исследовать и оптимизировать рабочие, режимные и геометрические параметры создаваемых машин. Подобные методы и модели не известны в мировой практике в связи с тем, что конструктивные решения и способы работы создаваемых машин являются на сегодняшний день уникальными. Будут созданы опытные образцы машин объемного действия поршневого (ПГЭМОД) и ротационного типа (РГЭМОД) с характеристиками (давление газа в одной ступени до 10 бар, давление жидкости до 30 бар), которые предназначены для использования в обрабатывающем оборудовании (в т.ч. для питания объектов робототехники) и для производства широкого класса ремонтных работ. Основными путями достижения поставленных задач является творческая переработка мирового опыта проектирования гибридных конструкций в смежных областях техники, применение современных методов математического моделирования рабочих процессов машин объемного действия, корректное использование Первого закона термодинамики для объектов с переменной массой и уравнений механики жидкостей и газов, а также методов решения технических и технологических проблем. Ограничениями применения разрабатываемых конструкций является совместимость сжимаемых разнородных рабочих веществ (газ – жидкость), а также область применения - ориентировочно вырабатываемая мощность планируется не более 30-ти – 50-ти кВт в машинах малой и средней производительности, которые находят все более широкое применение в связи с диверсификацией крупных производств. Единственным риском проекта является способность отечественных предприятий изыскать средства на организацию серийного или массового производства разрабатываемой продукции.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Гибридные энергетические машины объемного действия нового типа с повышенно интенсивным теплообменом в зоне рабочих органов, предполагается использовать:
1. При производстве энергии сжатого воздуха и жидкости под давлением в различных отраслях народного хозяйства, в основном – в обрабатывающем оборудовании, в т.ч. для привода рабочих и вспомогательных элементов роботов и манипуляторов, приводов основного и вспомогательного движений режущего инструмента, в фиксирующих, транспортирующих и позиционирующих устройствах.
2.На предприятиях технического обслуживания и ремонта различных видов техники (привод пневматического и гидравлического инструмента, зажимных приспособлений, гидравлических подъемников и прессов).
3.В строительстве при производстве штукатурных и окрасочных работ.
4.В бытовой сфере (распыление и перекачка жидкостей).
5.В качестве агрегатов для подачи распыленного топлива в котельных установках и двигателях внутреннего сгорания.
Созданные математические модели и пакеты прикладных программ, могут быть использованы для прогнозирования поведения объектов исследований в реальных технологических системах. Разработанные методы и алгоритмы расчета поведения газовой и жидкостной фаз в рабочих объемах и уплотнениях машин, могут применяться для исследования рабочих процессов других типов объемных машин (компрессоров и насосов).


Текущие результаты проекта:
За отчетный период был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему технических и технологических решений конструкций агрегатированых машин для сжатия газов и жидкостей за период 2009 – 2013 гг, в том числе дано обоснование выбора направления исследования. Были проведены патентные исследования по направлению «Машины объемного действия поршневого и ротационного типов для одновременного и попеременного сжатия газов и жидкостей».
Были проведены теоретические исследования путей создания гибридных энергетических машин объемного действия. Была разработана схемы совместной работы агрегатов ПГЭМОД (поршневая гибридная энергетическая машина объемного действия) и РГЭМОД (ротационная гибридная энергетическая машина объемного действия) для сжатия газов и жидкостей (одновременно и попеременно) и дано описание режимов их работы.
Разработана методика алгоритмов расчета рабочих процессов компрессорной и насосной полостей в гибридных энергетических машинах объемного действия в сопряженной постановке. Разработана математическая модель, моделирующая рабочие процессы ПГЭМОД. Был разработан комплект ЭКД экспериментального образца ПГЭМОД. Индустриальным партнером был изготовлен экспериментальный образец ПГЭМОД.