Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0129

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0129
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.Губкина"
Название доклада
Разработка экологически чистой технологии производства тепловой энергии и создание опытного образца теплового генератора, работающего за счет энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов
Докладчик
Мохов Михаил Альбертович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка комплекса научно-технических решений производства тепловой энергии, полученной за счет энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов.
Разработка экспериментального образца генератора тепловой энергии (далее ЭО ГТЭ), работающего за счет энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов.
Актуальность и новизна исследования
Энергоемкость отечественной экономики в настоящее время превышает энергоемкость экономики развитых стран Америки и Европы в 3-3,5 раза. Известно, что себестоимость добычи нефти в России в 3-10 раз выше, чем у основных экспортеров нефти. Одним из путей снижения себестоимости добычи нефти и газа является разработка и внедрение энергосберегающих технологий и оборудования на нефтегазопромысловых объектах. Из-за значительно меньших затрат при строительстве и эксплуатации, а также снижения потерь теплоты себестоимость тепловой энергии от автономных источников в 3-4 раза меньше, чем от централизованных источников. Как показывает анализ технической информации, с применением известных технологических подходов пока не удается добиться значимых результатов. В этой связи рассматриваемая тема исследований, по повышению эффективности производства тепловой энергии, является актуальной темой. Для решения проблемы по снижению энергоемкости отечественной экономики необходимо проведение прикладных научных исследований, с выработкой новых направлений развития техники и технологий.Вместе с тем, известные проблемы с изменением климата подталкивают исследователей к поиску новых путей для получения дополнительной энергии без сжигания углеводородов. Разработан новый метод расчета сил взаимодействия магнитных систем с телами вращения, что открывает новые возможности в области создания герметичных систем для генерации тепловой энергии. Разработанные математические модели и алгоритмы позволили определить направление для проектирования технологичных газовых турбин. Были запатентованы новые технические решения: устройство для нагрева теплоносителя, магнитная муфта, ротор лопаточных машин.
Описание исследования

Одним из направлений развития энергетического комплекса страны является создание высокоэффективных компактных энергоустановок, преобразующих с минимальными потерями энергию источников различных видов в тепловую энергию. Особый научный и практический интерес в рамках рассматриваемого проекта представляют многопоточные гидравлические машины, где расширены возможности для регулирования гидравлической системы в целом.  Вопросы о тепловой энергии всегда рассматривались совместно с вопросами о рабочих процессах насосов и струйных аппаратов.Как известно, в качестве теплового генератора часто используют лопастные гидравлические машины и насосы. В этой области практический и научный интерес представляют детальные вопросы о рабочих процессах в лопастном насосе при перекачке газожидкостных смесей и жидкостей.

В рамках проведенных исследований был подготовлен отчет по патентным исследованиям, в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.  Из числа рассмотренных патентов выбраны аналоги для разработки новых технических и технологических решений в области тепловых генераторов. Результаты патентных исследований использовались для выбора наиболее перспективного направления исследований по теме ПНИ.  Решены вопросы для широкого практического применения материалов с особыми свойствами, у которых модуль упругости зависит от величины и вида нагружения, к таким материалам относятся фторопласты, терморасширенный графит и другие; к ним можно отнести и металлические прокладки, работающие за пределами упругости. Вопросы повышения производительности роторных машин при одновременном снижении их массы, габаритов и стоимости глубоко проработаны, и разработанные технические решения позволят создать экологически безопасное оборудование и технологии. В предлагаемых технических решениях используются два способа преобразования механической энергии в тепловую энергию, это гидравлический способ и способ на основе вихревых токов (электродинамический способ). С использование двух различных по природе процессов удается оптимизировать конструкцию устройства для нагрева теплоносителя, расширить возможности для регулирования устройства, и повысить, соответственно, эффективность работы при изменении давления и расхода газа в турбине.  Более широкие возможности для регулирования способствуют расширению области эффективного применения устройства для нагрева теплоносителя. С применением заявляемого технического решения имеются возможности для снижения массы и габаритов устройства для нагрева теплоносителя, в том числе для снижения массы насоса и замкнутого трубопроводного контура в целом.  Достигается технический результат по созданию более совершенной конструкции устройства для нагрева теплоносителя, что позволяет повысить эффективность работы при изменении давления и расхода газа в турбине. Численные и физические эксперименты с моделями петлевых лопастей позволили сделать  выводы о возможностях создания лопастных машин с осевым или с радиальным направлением потока, применительно к турбинам, насосам, вентиляторам, движителям. Выделено наиболее интересное качество петлевых лопастей, это высокая технологичность таких лопастей при их производстве и при эксплуатации, с сохранением себестоимости изготовления на минимальном уровне. Петлевые лопасти могут быть использованы при разработке технологии и техники для добычи нефти и газа, где в качестве альтернативного источника энергии используют потенциальную энергию сжатого газа, поступающего из продуктивного пласта в систему сбора и подготовки нефти, газа и воды. С использованием специальных газовых турбин потенциальная энергия газа может быть преобразована в другой вид энергии, в том числе в тепловую энергию. В ходе исследований были рассмотрены варианты с точечным и распределенным подводом энергии в элементах теплового генератора, с использованием последовательного и параллельного соединения отдельных элементов. Для лабораторных испытаний был подготовлен набор микромоделей, проведены отдельные опыты с петлевыми лопастями при осевом направлении газового потока.Такие испытания подтвердили широкие возможности для практического применения петлевых лопастей.  Рассмотренная турбина проста по конструкции, недорогая в производстве. Разработанное техническое решение может быть использовано при создании различных лопаточных машин, включая турбины, насосы, компрессоры, вентиляторы, движители. Это могут быть крупные машины для производственных объектов и микромашины для робототехники.

Результаты исследования

15.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие: а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме; б) обоснование выбора направления исследований; в) результаты теоретических и экспериментальных исследований; г) обобщение и выводы по результатам ПНИ.

15.2 Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.

15.3 Комплекс научно-технических решений производства тепловой энергии, полученной за счет энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов, в том числе: 15.3.1 Математическая модель преобразования энергии сжатого газа в гидравлическую для циркуляции жидкости в замкнутом пространстве. 15.3.2 Алгоритм расчета технических параметров преобразования энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов.

15.4 Результаты компьютерного моделирования рабочих процессов преобразования энергии сжатого газа в тепловую энергию.

15.5 Результаты реализации технических решений в ЭО ГТЭ, работающего за счет энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов.

15.6 Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.

15.7 Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка экологически чистого теплового генератора, работающего за счет энергии сжатого газа в системе сбора скважинной продукции на месторождениях углеводородов».

В соответствии с техническим заданием выполнены работы по подготовке заявок на охранный документ (патент, свидетельство):

1) Заявка на полезную модель №2016121706 от 01.06.2016 "Устройство для нагрева теплоносителя", РФ;
2) Заявка на полезную модель №2016121710 от 01.06.2016 "Магнитная муфта", РФ.

3) Патент на полезную модель №160243 от 16.02.2016 "Устройство для нагрева теплоносителя", РФ;
4) Патент на полезную модель  №160267 от 16.02.2016 "Магнитная муфта", РФ;
5) Заявка на полезную модель №2015147520 от 05.11.2015 "Ротор лопаточных машин", РФ

Практическая значимость исследования
Область применения разрабатываемой технологии и техники в первую очередь связана с месторождениями углеводородов, но область применения может быть расширена за счет предприятий по переработке углеводородов. Эффективность новой технологии производства тепловой энергии обусловлена применением нового разрабатываемого оборудования, функционирующего за счет энергии сжатого газа. Значимость выполняемых научных исследований обусловлена экономической эффективностью разрабатываемой технологии производства тепловой энергии без сжигания углеводородного топлива.Вопросы рационального использования энергетических ресурсов особенно актуальны для морских месторождений нефти и газа. Отдельные результаты проделанной работы могут быть использованы для решения практических задач в других отраслях производства, это к примеру энергетика, транспорт, робототехника.


Постер

Постер 0129.ppt