Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание перспективных одноступенчатых компрессорных агрегатов высокого и среднего давления с повышенным ресурсом работы для систем жизнеобеспечения автономных подводных объектов

Номер контракта: 14.577.21.0203

Руководитель: Юша Владимир Леонидович

Должность: Директор НОЦ "Энергетические и технологические системы"

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:
компрессорный агрегат, бессмазочная компрессорная ступень, короткий диффузор, экспериментальный стенд, методика расчёта, высокое давление, среднее давление, охлаждение ступени, конструкторская документация, макетный образец.

Цель проекта:
Цель проекта: создание перспективных одноступенчатых компрессорных агрегатов высокого и среднего давления для систем жизнеобеспечения автономных подводных объектов. Задачи: выполнить (в соответствии с ТЗ) комплекс экспериментальных и теоретических исследований; на основе полученных результатов разработать и изготовить макетный образец перспективного одноступенчатого компрессорного агрегата; доказать возможность достижения принципиально нового технического уровня компрессорного оборудования; определить области эффективного применения перспективных одноступенчатых компрессорных агрегатов. Актуальность: в настоящее время в качестве компрессоров высокого и среднего давления на подводных и надводных объектах морского флота, а также на других объектах и применяются мембранные и многоступенчатые поршневые компрессоры, которые не отвечают современным требованиям. Новизна: предложены новые технические решения и связанные с ними методики расчета, конструкции, техническая документация, обеспечивающие выполнение современных требований к компрессорному оборудованию, применяемому на подводных и надводных объектах морского флота.

Основные планируемые результаты проекта:
Планируемые результаты исследований: методика расчёта рабочего процесса бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени; результаты инженерного и расчётно-параметрического анализов применения бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени, результаты исследовательских испытаний на виброшумовые характеристики, по внешним характеристикам при высоких и средних давлениях нагнетания и при динамическом изменении ориентации ступени в пространстве; предложения и рекомендации по внедрению результатов работы в конкретные секторы экономики, макетные образцы основных элементов компрессорного агрегата; экспериментальные стенды.
Сопоставление ожидаемых результатов с аналогичными разработками мирового уровня: по сравнению с существующими мембранными и поршневыми компрессорными агрегатами высокого давления ожидается значительное увеличение ресурса работы (в 5-10) раз за счет увеличения времени цикла и снижения температурных и знакопеременных напряжений в конструкции, повышение компактности, технологичности и ремонтопригодности (до 50%); обеспечение допустимого уровня шума и вибрации; возможность эксплуатации при любой ориентации компрессорного агрегата в пространстве и при любых требованиях в чистоте сжимаемого газа за счет полного или частичного отсутствия системы смазки. Мировых аналогов таких агрегатов на сегодняшний день по результатам анализа доступных источников информации не обнаружено.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В настоящее время сжатие газов до высокого и среднего давления осуществляется преимущественно двумя типами компрессорных агрегатов: одно- и двухступенчатыми мембранными компрессорами или многоступенчатыми (от трёх до шести ступеней) поршневыми компрессорами.
Мембранные компрессоры имеют низкий ресурс (обычно от 500 до 1000 часов) вследствие быстрого выхода из строя мембран, испытывающих знакопеременные нагрузки и циклически деформирующиеся при работе. Тогда как для автономных подводных объектов требуется гарантированный ресурс агрегатов, измеряемый десятками тысяч, а в некоторых случаях сотнями тысяч часов. Кроме того мембранные блоки имеют крайне большие габаритные размеры и вес, что в совокупности с наличием дополнительного гидроцилиндра приводит к неконкурентным удельным весогабаритным показателям. Кроме того, такие особенности конструкции мембранных компрессоров определяют их плохую компактность, технологичность и ремонтопригодность. Всё это делает крайне неэффективным эксплуатацию мембранных компрессоров как в системах жизнеобеспечения автономных подводных объектов, так и в других технических системах любых объектов морского транспорта подводного и надводного базирования.
Многоступенчатые поршневые компрессоры представляют собой сложный агрегат, в котором на одной базе закреплены несколько ступеней разной конструкции и размера. Каждая ступень дополнительно снабжена буферными ёмкостями, теплообменниками, пневмоарматурой и т.п. Поэтому такие агрегаты имеют большие габаритные размеры, сложны в изготовлении и ремонте. В таких агрегатах наиболее часто выходят из строя клапаны и узлы уплотнения. Например, в зависимости от частоты вращения приводного вала, ресурс работы клапанов составляет от 300 до 1500 часов. Поэтому, как и в случае мембранных компрессоров, эксплуатация таких агрегатов на морском флоте крайне неэффективна.
Перспективные одноступенчатые компрессорные агрегаты высокого и среднего давления на базе бессмазочных квазиизотермических компрессорных ступеней и компактных элементов проточной части с короткими диффузорами имеют принципиальные конструктивные и режимные отличия от существующих аналогов, которые позволяют решить отмеченные выше проблемы и существенно повысить ресурс работы, компактность, технологичность и ремонтопригодность компрессорной техники, что актуально не только для морского флота, но и для других видов транспорта и автономных технологических объектов. Важным преимуществом агрегатов перед аналогами является низкий уровень шума и вибрации, что также является определяющим преимуществом применительно к автономным подводным объектам, в том числе подводным лодкам.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в ходе выполнения ПНИЭР результаты обеспечат:
- организацию промышленного производства одноступенчатых компрессорных агрегатов высокого и среднего давления и их основных элементов (бессмазочной квазиотермической компрессорной ступени, компактного теплообменника с коротким диффузором);
- модернизацию существующих компрессорных, холодильных и технологических установок;
- использованию разработанных методик расчетов и рекомендаций по конструированию для разработки новых перспективных компрессорных агрегатов;
- использованию результатов ПНИЭР в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлениям «Технологические машины и оборудование» (15.04.02, 15.03.02) и «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» (16.04.03, 16.03.03).

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения первого этапа работ были выполнены:
Промежуточный отчет о ПНИЭР, содержащий аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей проблему, решаемую в рамках ПНИЭР; выбор и обоснование направления исследований, в том числе, разработку вариантов возможных решений задачи, и обоснование оптимального варианта решения задачи; принципиальная схема макетного образца бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени; анализ и обоснование применимости унифицированных компонентов в конструкции макетного образца бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени;
Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ 15.011.-96;
Методика расчета рабочего процесса бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени для компрессорных агрегатов высокого и среднего давления;
Методика расчета короткого диффузора для компактных элементов проточной части одноступенчатых компрессорных агрегатов высокого и среднего давления;
Программа и методика исследовательских испытаний макетного образца элементов проточной части агрегата с коротким диффузором;
Программа и методика исследовательских испытаний макетного образца бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени;
Программа и методика исследовательских испытаний макетного образца бессмазочной квазиизотермической компрессорной ступени на виброшумовые характеристики;
Эскизная конструкторская документация для изготовления бокса и газораспределительной рампы для размещения баллонов высокого давления.
Объем привлеченных внебюджетных средств - 5 500 000 руб., количество привлеченных ЦКП -1, средний возраст исследователей – 36 лет, Количество исследователей в возрасте до 39 лет – 58%.