Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0104

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0104
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева"
Название доклада
Разработка модельного ряда высокопроизводительных шлифовальных машин с инновационным типом микротурбин для судостроительной, авиационной и других отраслей машиностроения
Докладчик
Химич Владимир Леонидович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Турбины диаметром до 100 мм и мощностью до 5 кВт являются наиболее перспективными двигателями для привода ручных пневматических шлифовальных машин. Разработкой микротурбин различного назначения занимаются ведущие отечественные и зарубежные лаборатории в Санкт-Петербургском техническом университете, Московском авиационном институте, МГТУ им. Н.Э. Баумана, IHI Aerospace (Япония), Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH, Zurich), Массачусетском технологическом институте (США) и т.д. Материалы по исследованиям микротурбин публикуются в авторитетных изданиях, таких как журнал американского общества инженеров-механиков “Transaction of ASME”, интернет-журнал “The Future of Things”, а также на сайтах ведущих производителей техники, таких как “Capstone Turbine Corporation”, “Calnetix Power Solution” (США), “Ingersoll Rand” (США), “Turbec” (Швеция), “Bowman” и др., что свидетельствует об актуальности и своевременности выполняемых исследований.
Создание модельного ряда ручных пневматических шлифовальных машин с микротурбинным приводом основано на применении нового типа радиальной турбины (двухступенчатой, со струйно-реактивной центробежной ступенью и с центростремительной ступенью скорости), не имеющей аналогов в мировой практике (доказано проведенными патентными исследованиями). Определение оптимальных значений физических параметров турбинного привода осуществлялось на базе предварительного теоретического компьютерного исследования с применением прикладных компьютерных программ и последующим опытным подтверждением на специально разработанном уникальном экспериментальном стенде, что является признаками научно-технической новизны.
Актуальность и новизна исследования
Турбины диаметром до 100 мм и мощностью до 5 кВт являются наиболее перспективными двигателями для привода ручных пневматических шлифовальных машин. Разработкой микротурбин различного назначения занимаются ведущие отечественные и зарубежные лаборатории в Санкт-Петербургском техническом университете, Московском авиационном институте, МГТУ им. Н.Э. Баумана, IHI Aerospace (Япония), Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH, Zurich), Массачусетском технологическом институте (США) и т.д. Материалы по исследованиям микротурбин публикуются в авторитетных изданиях, таких как журнал американского общества инженеров-механиков “Transaction of ASME”, интернет-журнал “The Future of Things”, а также на сайтах ведущих производителей техники, таких как “Capstone Turbine Corporation”, “Calnetix Power Solution” (США), “Ingersoll Rand” (США), “Turbec” (Швеция), “Bowman” и др., что свидетельствует об актуальности и своевременности выполняемых исследований.
Создание модельного ряда ручных пневматических шлифовальных машин с микротурбинным приводом основано на применении нового типа радиальной турбины (двухступенчатой, со струйно-реактивной центробежной ступенью и с центростремительной ступенью скорости), не имеющей аналогов в мировой практике (доказано проведенными патентными исследованиями). Определение оптимальных значений физических параметров турбинного привода осуществлялось на базе предварительного теоретического компьютерного исследования с применением прикладных компьютерных программ и последующим опытным подтверждением на специально разработанном уникальном экспериментальном стенде, что является признаками научно-технической новизны.
Описание исследования

Для реализации научно-технического решения разработки модельного ряда ручных пневматических шлифовальных машин с микротурбинным приводом, основанном на новом типе радиальной турбины (двухступенчатой, со струйно-реактивной центробежной ступенью и с центростремительной ступенью скорости), выбран расчетно-экспериментальный метод.

Прикладное научное исследование включает в себя:

- разработку конструкторско-технологической документация на пресс-формы основных узлов пневматических шлифовальных машин;

- изготовление указанных пресс-форм;

- разработку конструкторско-технологической документации на испытательный стенд для проведения испытаний шлифовальных машин с пневматическим микро турбинным приводом;

- технологическую подготовку производства с последующим изготовлением, сборкой и наладкой указанного стенда и выпуском его эксплуатационной документации;

-разработку конструкторско-технологической документации и  проведение технологической подготовки производства для изготовления опытных образцов шлифовальных машин;

- изготовление и сборка базовых моделей экспериментальных образцов модельного ряда пневматических шлифовальных машин;

- проведение вычислительных экспериментов и исследований на базе компьютерного пакета Ansis с целью оптимизации проточной части микротурбин;

- разработка программы и методики стендовых исследовательских испытаний экспериментальных образцов шлифовальных машин с пневматическим микротурбинным приводом, включая перечень средств измерений и испытательного оборудования, методы и формы протоколов измерений;

- разработку плана эксперимента, создание согласно этому плану натурных образцов микротурбин на 3D-принтере;

- проведение стендовых испытаний, включающих многофакторные эксперименты по аэродинамическому совершенствованию проточной части микротурбин, в результате которых определено оптимальное сочетание параметров соплового аппарата;

- проведение испытаний по определению уровней шума и вибрации шлифовальных машин;

- оценку адекватности принятых технических решений по результатам стендовых испытаний и корректировку конструкторско-технологической документации, включающую изменения в устройствах подвода и отвода воздуха, в модулях «турбина-регулятор» и «ротор с подшипниковым узлом» шлифовальных машин.

        - разработку технических требований и предложений по производству  и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей индустриального партнера;

     - маркетинговые исследования по изучению перспектив коммерциализации объекта исследований.

Результаты исследования

         Результатами выполненного ПНИ является:

       - получение научно-технических решений, позволяющих на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований выявить и разрешить проблемы разработки и начала промышленного производства  модельного ряда шлифовальных машин с инновационным пневматическим микротурбинным приводом в диапазоне мощностей от 200 Вт до 1500 Вт;

      -  разработка конструкторско-технологической документации и изготовление пресс-форм основных узлов пневматических шлифовальных машин;

       - разработка конструкторско-технологической и эксплуатационной документации, изготовление и сборка испытательного стенда для проведения испытаний шлифовальных машин с пневматическим микротурбинным приводом;

     -   изготовление опытных образцов инновационных ручных пневматических шлифовальных машин, превосходящих по своему техническому уровню импортные аналоги;

- программа и методика стендовых исследовательских испытаний экспериментальных образцов шлифовальных машин с пневматическим микротурбинным приводом, включая перечень средств измерений и испытательного оборудования, методы и формы протоколов измерений;

         - проведение стендовых испытаний, включающих многофакторные эксперименты по аэродинамическому совершенствованию проточной части микротурбин и  определение оптимальных параметров соплового аппарата;

        - технические требования и предложения по производству  и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей индустриального партнера;

     - маркетинговые исследования по изучению перспектив коммерциализации объекта исследований.

      Шлифовальные машины с пневматическими микротурбинами, разработанные в рамках настоящей работы, отвечают следующим основным техническим требованиям:

 -  превосходят существующие аналоги по удельной мощности не менее чем на 60 %;

     - превосходят существующие аналоги по удельному расходу воздуха при одинаковой мощности не менее чем на 25 %;

         - превосходят существующие аналоги по массогабаритным показателям не менее чем на 15 % при одинаковой мощности за счет использования пластмассовых деталей;

         - превосходят существующие аналоги по надежности и точности работы регулятора предельной частоты вращения не менее чем на 10 %;

        - имеют себестоимость изготовления не менее чем на 30% ниже, чем у существующих аналогов с сопоставимой мощностью за счет унификации и использования метода литья под давлением для изготовления деталей турбины;

         - обеспечивают отсутствие механического контакта между ротором турбины и ее статором, а также отсутствие «масляного тумана» в отработанном воздухе.

Практическая значимость исследования
В судостроительной и авиационной промышленности, на предприятиях общего машиностроения до 30% различных доводочных работ, таких, как обработка сварных швов, скругление острых кромок различных конструкций, удаление грата и облоя на литье, обработка сложных поверхностей прессформ и штампов из сталей высокой твердости выполняется с применением пневмоинструмента.
Применение инновационных турбошлифовальных машин НГТУ, имеющих высокую частоту вращения в сочетании с увеличенной мощностью, позволяет в полной мере использовать современные высокоскоростные шлифкруги и борфрезы, обеспечивающие существенное (в 1,5 …2 раза) повышение производительности процессов шлифования и фрезерования.
Разработаны технические требования и предложения по серийному изготовлению шлифовальных машин конструкции НГТУ с учетом технологических возможностей индустриального партнера (ООО «Мобил ГазСервис»);а также выполнены маркетинговые исследования по изучению перспектив коммерциализации объекта исследований.
Опытные образцы шлифовальных машин конструкции НГТУ успешно прошли апробацию с получением положительных отзывов на таких предприятиях, как Рыбинский судостроительный завод, нижегородских ООО «Гидротермаль», ООО «Интурбо», ООО «Мобил ГазСервис» и других.