ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение»

Особенности рабочих режимов дожимных поршневых компрессоров на базе тихоходной длинноходовой компрессорной ступени в составе мобильных компрессорных станций

Владимир Леонидович Юша — 2025-03-31

Рассмотрена взаимосвязь повышения температуры в стандартной точке всасывания дожимной длинноходовой тихоходной поршневой компрессорной ступени с изменением параметров состояния в рабочей полости цилиндра и с её интегральными характеристиками. Параметрический анализ выполнен с применением апробированной и верифицированной математической модели действительных рабочих процессов рассматриваемой ступени. По результатам проведённого расчётно-теоретического анализа доказана принципиальная возможность реализации рабочих режимов, при которых средняя температура нагнетания данной ступени ниже температуры в её стандартной точке всасывания. При этом применительно к условиям всасывания в данную ступень имеет место повышение коэффициента подачи. Представленные результаты отражают особенности рабочих процессов рассматриваемой поршневой компрессорной ступени и позволяют прогнозировать возможность её эффективного применения в качестве дожимной в составе мобильных компрессорных станций.

Переходные режимы работы упорного подшипника скольжения компрессорной машины

Николай Викторович Соколов — 2025-03-31

В статье представлены численные исследования влияния переходных режимов работы упорного подшипника скольжения с неподвижными подушками центробежного или винтового компрессора. Исследуется изменение несущей способности подшипника, максимальной температуры смазки и потерь мощности при изменении частоты вращения упорного диска ротора. Обнаружен скачок несущей способности и потерь мощности в первых секундах разгона упорного диска и низкой вязкости смазки при температуре подачи. Исследовано изменение несущей способности упорного подшипника при одновременном выбеге ротора и непрерывном мягком помпаже центробежного компрессора. Отмечено возникновение некоторого разрежения на рабочей поверхности подушки при остановке и продолжающемся гармоническом осевом перемещении упорного диска.

Повышение эффективности ресурсосберегающей системы охлаждения газа дожимного компрессорного агрегата в составе парогазовой установки

Игорь Анатольевич Январев — 2025-03-31

Рассмотрены варианты путей повышения эффективности системы охлаждения газа дожимного четырехступенчатого центробежного компрессорного агрегата, используемого для обеспечения топливом требуемых параметров двух газотурбинных установок в составе парогазовой установки ПГУ-90. Отражены этапы решения проблемы ресурсосбережения системы охлаждения при традиционном, пассивном и энергосберегающем подходах ее формирования и соответствующих режимах работы. Область применения — парогазовые установки, объекты компримирования природного газа.

Выявление потерь теплоносителя в системах централизованного теплоснабжения

Валерий Юрьевич Грохотов — 2025-03-31

Системы централизованного теплоснабжения выполняют важную социально-энергетическую роль, в которой утечки теплоносителя, вызванные естественным износом тепловых сетей и оборудования, являются основной проблемой, влияющей на безопасность и надежность её функционирования. В статье представлена актуальная информация о состоянии системы теплоснабжения, рассмотрены основные направления развития методов локализации мест утечек, возможность их использования с учётом региональных особенностей, а также представлены опытные данные их применения на историческом архиве выявленных ранее проблем.

Подвижные лопастные системы центробежных насосов низкой быстроходности

Константин Евгеньевич Денисов — 2025-03-31

Одним из наиболее распространенных типов насосных агрегатов, применяемых в промышленности, являются центробежные насосы. В свою очередь среди центробежных насосов имеется своя классификация по конструктивным особенностям. Так называемые тихоходные насосы рассчитаны на небольшие подачи и высокие напоры. Такой тип насосов является весьма востребованным в химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности в связи с условиями их эксплуатации, подразумевающими преодоление сопротивлений длинных технологических линий. При этом тихоходным насосам свойственна низкая энергоэффективность, обусловленная гидродинамическими и другими потерями движущегося потока рабочей среды внутри проточной части. С целью повышения энергетической эффективности тихоходных насосов предложен новый подход к проектированию основного рабочего органа центробежных насосов. Новизна подхода заключается в использовании подвижной лопастной решетки в центробежных рабочих колесах низкой быстроходности. Свойственная только тихоходным рабочим колесам, геометрия их меридианной проекции была адаптирована под возможность поворота каждой отдельно взятой лопасти относительно своей оси вращения. Подвижность лопастей позволит влиять на гидродинамику не только в рабочем колесе за счет изменения диффузорности межлопастного канала и углов лопасти на входе и выходе, но и, как следствие, в спиральном отводе, что приведет к большей согласованности их режимов течения. Проведенные на конкретном примере численные расчеты показали, что предложенный подход способен изменить характеристику центробежного насоса, уменьшив его потребляемую мощность во всем рабочем интервале, что можно рассматривать как увеличение энергетической эффективности насосного агрегата.

Многокритериальная оптимизация утилизатора теплоты с учетом климатического фактора

Вероника Александровна Никитина — 2025-03-31

Применение тепловых насосов в системах утилизации теплоты вытяжного воздуха является эффективной энергосберегающей технологией. В связи с увеличением количества хладагентов с различающимися характеристиками возникает проблема с принятием решения о применении конкретного вещества с учётом климатических особенностей конкретного региона. Методы многокритериальной оптимизации, адаптированные к решению данной задачи, могут быть использованы с учетом заданных предпочтений по энергетическому, экологическому и экономическому факторам. В работе применяется метод TOPSIS как один из подвидов метода многокритериальной оптимизации MADM, который адаптирован для решения поставленной задачи. Суть метода заключается в поиске Парето-оптимального альтернативного решения, наиболее приближенного к «идеально позитивному». Параметры теплонасосной установки рассчитаны в программе EES. Метод многокритериальной оптимизации TOPSIS реализован в виде вычислительной процедуры в среде Excel. В качестве альтернатив рассмотрены рабочие тела R410A, R407C, R290, R134a и R1234yf. Климатические зоны Российской Федерации представлены городами Санкт-Петербург, Петрозаводск, Сочи, Омск, Краснодар и Анадырь. Выбор оптимальной альтернативы выполнен с учетом предпочтений, заданных весовыми коэффициентами. Результаты многокритериальной оптимизации приведены в функции от климатического фактора градусо-сутки отопительного периода, что позволяет их использовать для любого населенного пункта. По результатам оптимизации выявлено, что при равной оценке значимости для шести городов Российской Федерации хладагент R1234yf имеет рейтинг выше остальных на 21 %–23 %. Оптимизация на основании энергетической эффективности выявила существенные преимущества у хладагентов R410A и R134a с разницей в 2 %–11 %. Для регионов с холодным климатом экономичней использовать хладагент R1234yf, в то время как для регионов с умеренным климатом наилучшим вариантом является R134a.

Построение расчетной модели процесса захолаживания криогенного хранилища для сжиженного природного газа

Яков Эдуардович Родькин — 2025-03-31

В данной статье представлено сравнительное аналитическое исследование процесса двухфазного и конвективного охлаждения криогенного хранилища сжиженного природного газа. Для моделирования нестационарного теплообмена в изоляционной конструкции хранилища используется метод Канторовича–Бубнова–Галеркина. Этот метод позволяет получить приближенные аналитические решения, описывающие температурные поля и динамику охлаждения. В рамках исследования получены зависимости изменения температурного напора на внутренней стенке резервуара при захолаживании метаном и воздухом от времени, а также построены графики изотерм в газовом пространстве резервуара при конвективном захолаживании воздухом.

Моделирование, управление и регулирование энергопотребления гибридного автомобиля

Мохаммад Тарраф — 2025-03-31

Растущий дефицит и стоимость ископаемого топлива в сочетании с осознанием проблем, связанных с глобальным потеплением, привели в последние годы к разработке гибридных транспортных средств, которые в настоящее время являются промышленным решением для снижения потребления топлива, а значит, и выбросов CO2 и загрязняющих веществ. На этом фоне недавно был проведен ряд научно-исследовательских программ, посвященных моделированию гибридных автомобилей с целью определения оптимальной архитектуры, моделирования энергетического поведения и определения законов управления энергией; проектированию гибридных автомобилей с целью проверки компонентов и теоретически определенных законов управления энергией; испытаниям автомобилей с целью проверки их работы в реальных условиях. Данная статья посвящена моделированию и симуляции гибридного автомобиля с двумя источниками энергии: двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем. Для моделирования принята схема «последовательно-параллельного» гибридного исполнения, поэтому каждый компонент моделируется отдельно. Модель транспортного средства, взятая для моделирования, состоит из набора различных компонентных блоков путем их структурированного соединения. Для управления трансмиссией разрабатывается стратегия управления, роль которой заключается в выборе в каждый момент времени оптимального распределения мощности между различными источниками энергии таким образом, чтобы минимизировать расход топлива и выбросы вредных веществ.

Выбор и изучение способов реализации модели диагностирования компрессорных станций ракетно-космического комплекса

Александр Васильевич Бураков — 2025-03-31

В статье в качестве объекта диагностирования рассматривается система сжатого воздуха, входящая в комплекс компрессорного оборудования для производства, хранения, распределения газов для космодромов, обеспечивающих запуск ракет-носителей. Выбрана модель диагностирования поршневого компрессора как основного устройства для производства сжатого воздуха, основанная на анализе характерных неисправностей. Разработаны векторы состояния элементов системы сжатого воздуха на основе множества структурных параметров, характеризующих техническое состояние объекта диагностирования. Предложено использовать вейвлет-анализ для обработки диагностических параметров полученных при анализе индикаторных диаграмм ступеней поршневого компрессора.

Численное моделирование струи разреженного газа, истекающего из ионно-оптической системы ионного двигателя

Константин Игоревич Жариков — 2025-03-31

Рассматривается струя ионизированного разреженного газа, выходящая из ионно-оптической системы прототипа резонаторного ВЧ-ионного двигателя в окружающее пространство с низким фоновым давлением. После ряда предположений истекающая струя в первом приближении заменена на нейтральный разреженный газ, что позволяет охарактеризовать течение, удовлетворяющее гипотезе сплошности потока. Уравнения, описывающие движение сплошной среды, решаются численно с помощью метода Бубнова–Галеркина, применяющегося в динамике разреженного газа. Учтен нестационарный перенос тепла за счет взаимодействия газового потока с локальной областью тепловыделения в зазоре между сеточными элементами ионно-оптической системы. Механизм тепловыделения описывается уравнением теплопроводности, которое решается совместно с уравнениями газовой динамики. Полученные результаты расчетов приводятся в сравнении с экспериментальными данными. С помощью проведенного моделирования удалось получить пространственную структуру потока нейтрального разреженного газа в цилиндрических каналах и микроканалах двигателя. Благодаря сравнению полученной пространственной структуры с реальной термовизуализационной картиной струи можно оценить вклад резонаторного ускорения в общую энергию струи.

Исследование течения вязкой несжимаемой жидкости в боковой полости вращения центробежных насосов и газовых турбин жидкостных ракетных двигателей на основе теории пространственного пограничного слоя

Дмитрий Александрович Жуйков — 2025-03-31

Рассмотрено течение вязкой несжимаемой жидкости в боковой полости вращения центробежных насосов и газовых турбин жидкостных ракетных двигателей. На основе теории пространственного пограничного слоя разработана система уравнений для определения коэффициента момента сопротивления, позволяющего определить механические (дисковые) потери и КПД агрегата. Коэффициент момента сопротивления зависит от окружных напряжений трения, которые зависят от толщины пространственного пограничного слоя, которая для ограниченной полости не может развиваться безгранично, как при продольном обтекании пластины. Рассматривается влияние слияния пограничных слоев на стенке и на диске на механические потери ротора. Приведены численные данные обработки разнообразных конструкций агрегатов.

Cовершенствование инерционных разделяющихся пенетраторов путем учета особенностей их ударного внедрения в исследуемые небесные тела

Евгений Владимирович Леун — 2025-03-31

В статье рассматриваются факторы, способные негативно повлиять на создание надежной радиосвязи инерционного разделяющегося пенетратора после его ударного внедрения в грунт исследуемого небесного тела с орбитальным аппаратом. Проведен расчет и анализ перегрузок, действующих на носовую головную и антенную части и показано, что перегрузка на вторую может быть в десятки раз больше, чем на первую. Проведен расчет и анализ входных диаметров воронок, образующихся от ударного внедрения пенетратора в разные грунты исследуемого небесного тела. Рассмотрены возможности совершенствования пенетраторов за счет использования сегментированных, телескопических и гибридных наконечников, а также обратного отстрела антенны, позволяющие снизить скорость удара и перегрузки при ударном внедрении пенетратора в грунт исследуемого небесного тела.