Т. 7, № 4, 2023
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. СЕРИЯ «АВИАЦИОННО-РАКЕТНОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
А. Г. Никифоров, Л. А. Муслова. Влияние подвижности стенки на массовый расход в тихоходной длинноходовой ступени DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-9-14 В современных моделях и методиках расчёта существующих быстроходных поршневых компрессоров подвижность стенок не учитывается из-за несущественной величины и незначительного влияния на эффективность рабочего процесса. Тихоходные поршневые машины, разрабатываемые в настоящее время в Омском государственном техническом университете, имеют ряд особенностей – в первую очередь удлинённый цилиндр, подверженный большим деформациям по сравнению с существующими аналогами и длительное время сжатия. Что естественно значительно влияет на протекание рабочего процесса. Проведённые исследования показали, что не учёт подвижности стенок может привести к значительным погрешностям, получаемым при моделировании рабочего процесса тихоходных поршневых компрессоров. Ключевые слова: поршневой компрессор, массовые утечки, математическое моделирование, режим работы. |
9–14 |
|
В. А. Пронин, А. В. Кованов, В. А. Цветков, Е. Н. Михайлова, П. А. Белов. Оценка степени влияния фактора подвижности стенок щели при расчёте величины протечек в рабочей части спирального компрессора. Часть 2 DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-15-24 Протечки рабочего вещества в зазорах проточной части компрессора занимают большую долю его объёмных потерь. От точности определения количественной составляющей зависит оптимальность расчётных и аппроксимированных характеристик. Соответственно адекватная и качественная математическая модель должна включать фактор нестационарности процесса протечек, с учетом подвижности спиральных элементов. Вместе с этим большую роль в характере протечек играют реальные свойства рабочей среды, характеризуемые коэффициентом сжимаемости. Таким образом, в настоящей статье ставится задача создания математической модели адекватной действительному процессу сжатия и позволяющей оценить степень влияния подвижности стенок щели на протечки через них. Результат численных расчётов по предложенной методике имеет меньшую погрешность относительно экспериментальных данных, чем результат, полученный без учёта подвижности стенок щели. Также он показал значительное влияние на расход протечек как разности давлений на краях щели, так и вязкостных свойств паромасляной смеси, значительный процент которой составляет масло. Ключевые слова: спиральный компрессор, нестационарное течение в щелях, рабочий зазор, подвижность стенок щели, методика расчета протечек. |
15–24 |
|
В. Л. Юша, М. А. Сутягинский, А. Ю. Громов, П. В. Ушаков, Ю. А. Потапов. О взаимосвязи цифровых технологических платформ крупных химических и нефтеперерабатывающих производств с техническим обликом парка компрессорного оборудования DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-25-32 Рассмотрены вопросы, связанные с возможными проблемами реализации программ цифровизации крупных предприятий по переработке природного углеводородного и минерального сырья, обусловленными несоответствием технического уровня существующего парка компрессорного оборудования этих предприятий как требованиям современного производства, так и передовым достижениям в области компрессоростроения. Отмечено, что несоответствие между моделируемыми (виртуальными) и физическими технологическими объектами приводит к завышению расходов на создание и поддержку IT-продуктов, а также к снижению их эффективности. Предложены пути совершенствования элементной базы компрессорного оборудования. Выполнен теоретический анализ эффективности функционирования альтернативной конструкции ротационно-пластинчатого компрессора с подачей воды в его проточную часть, показывающий принципиальную возможность замены парка существующих поршневых технологических компрессоров на более совершенные конструкции, производство которых может быть полностью основано на отечественных технологиях и локализовано в РФ в интересах профильных отраслей перерабатывающей промышленности. Ключевые слова: цифровизация, надёжность, эксплуатационные характеристики, поршневые компрессоры, ротационно-пластинчатые компрессоры с впрыском воды, математическая модель. |
25–32 |
|
Е. В. Дубинин, Б. Ф. Идиятуллин, Н. Г. Хасанов. Оптимизация ступеней центробежных компрессоров DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-33-39 В материале описана работа по повышению гидравлической эффективности проточной части ступени центробежного компрессора за счёт применения автоматических алгоритмов оптимизации. Критерием оптимизации является политропный КПД ступени компрессора промежуточного типа. Представлена последовательность этапов процесса оптимизации в программном модуле Fine/Design3D пакета программного обеспечения Numeca. Приводится пояснение процесса создания твердотельной модели ступени сжатия. Также представлены газодинамические характеристики разрабатываемой ступени после оптимизации формы роторных и статорных элементов. Ключевые слова: проточная часть, центробежный компрессор, энергоэффективность, газодинамическая характеристика, CFD, Numeca, оптимизация. |
33–39 |
|
Д. В. Мылкин, А. В. Волков, Б. М. Орахелашвили, А. А. Дружинин, В. Ю. Ляпин. Метод оценки теоретических характеристик малых осевых гидротурбин DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-40-47 В статье рассматривается метод проектирования лопастной системы гидротурбины. Предлагаемая методика основывается на разработке обобщённого поэтапного метода, включающего проектирование скелетной поверхности лопасти осевой микрогидротурбины, и последующего исследования эффективности рабочего колеса. Методика опирается на современные методы исследований и сопровождается полным циклом проектирования: от задания начальных условий, до создания 3D-модели рабочих органов гидротурбины. Разработанный алгоритм проектирования позволяет добиться упрощения и ускорения процесса проектирования малых гидротурбин. В заключении представлены прикладное применение и направления возможного совершенствования данной методики. Ключевые слова: микрогидротурбина, скелет лопасти, рабочее колесо гидротурбины, проектирование и оптимизация микроГЭС. |
40–47 |
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
|
В. Н. Блинов, В. В. Косицын, А. И. Лукьянчик, П. В. Степень, П. С. Ячменев. Автономные экспериментальные исследования электротермического микродвигателя с двумя автономными нагревательными элементами для наноспутников DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-48-55 Целью работы является проведение автономных экспериментальных исследований электротермического микродвигателя с двумя автономными нагревательными элементами диаметром 4 мм. В результате экспериментальных исследований микродвигателя определена динамика нагрева конструкции микродвигателя и рабочего тела (изобутана) в диапазоне мощностей от 5 Вт до 60 Вт. Проведенные экспериментальные исследования показали возможность применения предложенной конструкции микродвигателя с двумя автономными нагревательными элементами не только на малых космических аппаратах, но и на микро- и наноспутниках в условиях ограниченной бортовой энергетики. Ключевые слова: наноспутник, двигательная установка, электротермический микродвигатель, автономные экспериментальные исследования, автономный нагревательный элемент. |
48–55 |
|
В. И. Рубан, В. Н. Блинов, В. В. Косицын, А. И. Лукьянчик, П. С. Ячменев, П. В. Степень. Построение траектории малого космического аппарата для облета базового космического аппарата с целью наружного осмотра и оценка энергетических затрат на маневр облета DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-56-64 В работе представлена методика построения траектории облета базового космического аппарата с целью его инспектирования с помощью носимого на борту малого космического аппарата и оценка потребных запасов характеристической скорости на маневр облета. Использование методов приближенных вычислений позволило получить простейшие зависимости параметров траектории с высокой точностью. Методика позволяет не только оценить энергетические затраты на орбитальные маневры, но и позволяет рассчитать величины управляющих импульсов для реальной задачи управления движением малого космического аппарата относительного базового космического аппарата. Ключевые слова: малый космический аппарат, базовый космический аппарат, траектория облета, орбита, маневр облета. |
56–64 |
|
Е. П. Злобин, А. И. Хаймович, А. В. Балякин. Влияние вибрационной обработки на шероховатость и геометрические характеристики изделий из алюминиевого сплава AlSi10Mg, полученных с помощью технологии СЛС DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-65-71 Представлены результаты эксперимента, целью которого являлось изучение влияния вибрационной обработки на образцы различных размеров из сплава AlSi10Mg, полученных селективным лазерным сплавлением. В ходе исследования производился контроль изменения шероховатости и скругления острых кромок в зависимости от размера образцов и угла наклона стенки. Также, было изучено формирование зон пониженного контакта и необработанных зон во время обработки. В результате эксперимента была достигнута минимальная шероховатость поверхности образцов Ra 1,2 мкм. Длина необработанных зон в зависимости от геометрии варьировалась в диапазоне от 0,5 мм до 6 мм. Скругление происходило наиболее эффективно в первый 4 часа обработки на кромках, образованных тупым углом. Полученные результаты позволяют лучше понять особенности вибрационной обработки изделий из алюминиевых сплавов и оптимизировать процесс для достижения требуемых характеристик поверхности. Таким образом, результаты исследования могут быть полезны для различных промышленных секторов, где используются алюминиевые сплавы, и способствовать дальнейшему развитию технологий обработки изделий, полученных с помощью технологии селективного лазерного сплавления. Ключевые слова: постобработка, селективное лазерное сплавление, галтовка, вибрационная обработка, поверхностный слой. |
65–71 |
|
М. В. Смагин, Е. Е. Колягин, И. С. Вавилов. Анализ работоспособности дилатометрического микродвигателя с полимерными рабочими компонентами DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-72-78 В работе представлены первичные результаты разработок и исследований авторов в области реактивных корректирующих микроракетных двигателей на холодном газе. Особенностью конструкции данного микродвигателя является использование дилатометрического полимерного привода в качестве регулятора работы отсечного клапана. В статье описано устройство дилатометрического микродвигателя. На основе сконструированного прототипа двигателя, в условиях вакуума, было проведено исследование работоспособности устройства при низком энергопотреблении. Результаты экспериментов показали, что при давлении рабочей газовоздушной смеси на входе в двигатель в 101325 Па и массовом расходе газа 2,33•10–7 кг/с устройство смогло выдать величину тяги в пределах 33 мкН, при удельном импульсе тяги 140 м/с. В свою очередь энергопотребление устройства составило всего 0,81 Вт. Ключевые слова: микродвигатель, дилатометрический привод, холодный газ, энергоэффективность, тяга, удельный импульс тяги. |
72–78 |
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
|
Д. А. Негров, В. Ю. Путинцев, А. И. Глотов, Д. А. Вебер. Влияние ультразвуковых колебаний с наложенной низкочастотной модуляцией на механические, трибологические свойства и структуру многокомпонентного полимерного композита DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-79-84 Одной из задач полимерного материаловедения является изучение возможностей повышения комплекса упруго-прочностных характеристик и трибологических свойств полимерных композиционных материалов путем усовершенствования технологии изготовления. В данной работе рассмотрено воздействие ультразвуковых колебаний частотой 17 кГц с одновременно наложенной низкочастотной модуляцией частотой 100 Гц в процессе синтеза, на свойства и структуру многокомпонентного полимерного композиционного материала торговой марки КВН-3. В результате проведенных исследований установлено, что влияние технологического режима прессования, заключающегося в совмещенном воздействии колебаний частотой 17 кГц и 100 Гц в процессе синтеза КВН-3, позволяет повысить комплекс упруго-механических характеристик: предел прочности при растяжении на 3 %, относительное удлинение на 6 %, модуль упругости на 10 %, твердость на 2 % по сравнению с промышленным способом изготовления, а также снизить интенсивность массового изнашивания на 68 % и коэффициент трения на 3 %. Была рассмотрена структура полимерных композиционных материалов после разных технологических режимов прессования. Фибриллярная структура полимерной матрицы после технологического режима с воздействием ультразвуковых колебаний и низкочастотной модуляции становиться более мелкой и равномерно распределенной. Ключевые слова: политетрафторэтилен, ультразвуковое воздействие, низкочастотная модуляция, полимерные композиционные материалы, износостойкость. |
79–84 |