Ученые ЮУрГУ модернизируют бесконтактные газовые опоры для турбогенераторов

Благодаря совместной работе ученых Южно-Уральского государственного университета и единственному в России и ближнем зарубежье спецразработчику малогабаритных газотурбинных двигателей и многофункциональных газотурбинных энергоагрегатов (СКБ «Турбина») в стране была сконструирована линейка турбин на природном газе от 10 до 100 киловатт.

В ходе выполнения данного проекта перед учеными ЮУрГУ также стояла задача изготовить стартер-генератор для турбоагрегата на газовых опорах. Аспирант кафедры «Мехатроника и автоматизация» Политехнического института ЮУрГУ, инженер-исследователь лаборатории «Машиностроение» Артём Фёдоров продолжил работу в этом направлении под руководством доктора технических наук, профессора Михаила Тверского и кандидата технических наук, доцента кафедры «Летательные аппараты» Виктора Федорова. Исследование на тему «Разработка бесконтактных конических газовых опор для высокоскоростных роторных систем» позволила Артему Федорову стать одним из победителей конкурса «Научная перспектива», проводимого в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100 и получить грант на дальнейшее исследование.

«Бесконтактные газовые опоры применяются в различных высокоскоростных агрегатах, таких как турбокомпрессоры, шпиндельные узлы металлообрабатывающих станков, гироскопах, и т.п., то есть агрегаты, частота вращения ротора которых превышает несколько десятков тысяч оборотов в минуту», – рассказывает Артем Федоров.

Ротор турбины — один из ответственных и напряжённых узлов двигателя, работающий при больших окружных скоростях и высоких температурах газового потока. На высоких скоростях стандартные типы подшипниковых узлов (шариковые подшипники) перестают работать, как следует. Необходима мощная система охлаждения, которая дополнительно усложняет агрегат и значительно увеличивает его стоимость.

«Чем больше различных узлов в агрегате, тем меньше его надежность, – подтверждает ученый. – Бесконтактная опора позволяет эту проблему решить. Но сложность заключается в том, что такие опоры сложно проектировать и рассчитывать. Если шариковые подшипники можно выбрать из каталога, заказать и поставить в любой агрегат, то газовые опоры проектируются индивидуально под каждый проект. Стоимость изготовления каждого опытного образца достаточно высока, сами испытания тоже достаточно длительные и недешевые».

Суть работы Артема Федорова заключается в том, чтобы разработать более оптимальную методику проектирования данных опор, которая с одной стороны позволяла бы упростить первоначальный теоретический расчет для уменьшения времени и затрат, но в тоже время увеличить его ценность.

«Особенность нашей опоры заключается в том, что ее геометрические параметры можно будет регулировать. Т.е. зазор в щелях можно менять определенными способами – увеличивать или уменьшать – соответственно будет меняться расход воздуха и давление.  Изготовив один опытный образец мы, по большому счету, можем его испытать в различных режимах. За счет подбора параметров нам будет проще приблизиться к искомому значению», – утверждает Артем Федоров.

Коническая форма, которую используют ученые Южно-Уральского государственного университета является нестандартной. Как правило, делают отдельно радиальную цилиндрическую опору, и торцевую, но коническая форма позволяет объединить эти два узла в один, а кроме того дополнительно регулировать зазор между опорой и ротором. Этот зазор является одной из рабочих характеристик данного узла. Таким образом за счет предложения особой конструкции и упрощения теоретических расчетов ученые рассчитывают значительно удешевить и упростить разработку бесконтактных опор в целом.

«На данный момент у нас есть предварительные численные расчеты, есть ряд опытных образцов, которые были изготовлены в Лаборатории машиностроения ЮУрГУ, имеется стендовая оснастка. – делится Артем Викторович. – Сейчас мы уже проводим первоначальные опыты и нами разработана типовая конструкция газовой опоры, на которую будет оформляться патент».

В планах молодого ученого защита кандидатской диссертации. По материалам проведенного исследования готовятся публикации в «Journal of Engineering for Gas Turbines and Power» – ведущий журнал, входящий в базу Scopus, имеющий индекс цитирования 1,66 в категории «Mechanical Engineering». Кроме того, Артем Федоров планирует проводить исследование не только газостатических, но и газодинамических и гибридных опор. Каждая из этих опор обладает своими достоинствами и недостатками и их объединение позволит решить многие проблемы индустрии.

Ольга Романовская; фото: Виктория Матвейчук
Вы нашли ошибку в тексте:
Просто нажмите кнопку «Сообщить об ошибке» — этого достаточно. Также вы можете добавить комментарий.