Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.574.21.0068

Руководитель: Щерба Виктор Евгеньевич

Должность: Зав. кафедры

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
энергетика, энергетическая машина, компрессор, охлаждение, насос, сжатый газ, гидравлическая машина, пневмоснабжение, математическое моделирование, машиностроение, проектирование

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, предназначенного 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 проекта является разработка и создание гибридных энергетических машин объемного действия нового типа, предназначенных для производства энергии в виде сжатых газов и жидкостей под давлением, с уменьшенной материалоемкостью (до 30 %, за счет агрегатирования двух машин компрессора и насоса), с повышенной энергоэффективностью (не менее 5%, за счет использования жидкостного охлаждения стенок рабочей камеры и тела рабочего органа компрессорной секции) по сравнению с не агрегатированными машинами.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта планируется создать теоретическую и практическую базу для проектирования нового класса объемных машин гибридного типа, обладающих в своем классе более высокими экономическими и эксплуатационными свойствами. Эти машины будут обладать повышенной энергоэффективностью и меньшей материалоемкостью.
В процессе выполнения проекта планируется:
• разработать и изготовить две перспективные конструкции ГЭМОД (гибридная энергетическая машина объемного действия) поршневую и ротационную;
• разработать методика расчета рабочих процессов компрессорной и насосной полостей в гибридных энергетических машинах объемного действия в сопряженной постановке;
• разработать программное обеспечение для ПЭВМ по расчету рабочих процессов, расходных и энергетических характеристик гибридных энергетических машин объемного действия по заданным параметрам;
• разработать испытательные стенды для поршневой ГЭМОД и ротационной ГЭМОД;
• разработать предложения и рекомендации по внедрению результатов работы в конкретные секторы экономики.



Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В рамках проводимой работы были разработаны и изготовлены две перспективные конструкции гибридных энергетических машин объемного действия нового типа с повышенно интенсивным теплообменом в зоне рабочих органов.
Изготовленные образцы предназначены для производства энергии в виде сжатых газов и жидкостей под давлением, как одновременно, так и попеременно. В данных машинах уменьшена материалоемкость (до 30 %, за счет агрегатирования двух машин - компрессора и насоса) и они обладают повышенной энергоэффективностью (не менее 5%, за счет использования жидкостного охлаждения стенок рабочей камеры и тела рабочего органа компрессорной полости) по сравнению с неагрегатированными машинами.
Полных аналогов проводимым по проекту работам в настоящее время в мировой практике нет. Основные направления мирового машиностроения, занимающегося разработкой энергетических машин объемного действия, связаны с повышением качества выпускаемой продукции (повышение надежности, работоспособности и т.д.) за счет применения новых материалов, компьютеризации управления этими машинами и улучшения их эргономических свойств. Все эти работы направлены на повышение конкурентоспособности продукции за счет совершенствования второстепенных показателей и не предполагают качественного положительного изменения основных характеристик – материалоемкости и потребления энергии.

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 машиностроении.
2.На предприятиях технического обслуживания и ремонта различных видов техники (привод пневматического и гидравлического инструмента, зажимных приспособлений, гидравлических подъемников и прессов).
3.Для систем гидравлических и пневматических приводов технологического оборудования.
4.В бытовой сфере (универсальный насос-компрессор).
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:
В рамках выполнения работы, на первом этапе, был проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему технических и технологических решений конструкций агрегатированых машин для сжатия газов и жидкостей, и дано обоснование выбора направления исследования.
Проведены патентные исследования по направлению «Машины объемного действия поршневого и ротационного типов для одновременного и попеременного сжатия газов и жидкостей».
Проведены теоретические исследования путей создания гибридных энергетических машин объемного действия.
Разработаны схемы совместной работы агрегатов поршневой ГЭМОД и ротационной ГЭМОД для сжатия газов и жидкостей (одновременно и попеременно) и дано описание режимов работы.
Разработана методика расчета рабочих процессов компрессорной и насосной полостей в гибридных энергетических машинах объемного действия в сопряженной постановке.
Разработана математическая модель, моделирующая рабочие процессы поршневой ГЭМОД.
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец поршневой ГЭМОД.
Приведены работы по обоснованию, выбору и приобретению оборудования, комплектующих изделий и материалов, для изготовления экспериментального образца поршневой ГЭМОД.
Изготовлен экспериментальный образец поршневой ГЭМОД.
В рамках выполнения работы, на втором этапе, была разработана математическая модель, моделирующая рабочие процессы ротационной ГЭМОД и проведен выбор рациональных значений основных конструктивных параметров.
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец ротационной ГЭМОД.
Разработана эскизная конструкторская документация на испытательный стенд для поршневой ГЭМОД.
Проведены работы по обоснованию, выбору и приобретению оборудования, комплектующих изделий и материалов, для изготовления испытательного стенда к поршневой ГЭМОД.
В рамках выполнения работы, на третьем этапе, была разработана эскизная конструкторская документация на испытательный стенд для ротационной ГЭМОД.
Был изготовлен испытательный стенд для поршневой ГЭМОД.
Была разработана программа и методики испытаний экспериментального образца поршневой ГЭМОД.
Была разработана программа и методики испытаний экспериментального образца ротационной ГЭМОД
Был изготовлен экспериментальный образец ротационной ГЭМОД.
Проведены работы по обоснованию, выбору и приобретению оборудования, комплектующих изделий и материалов, для изготовления экспериментального образца ротационной ГЭМОД.