Для транспортировки природного и попутного газа необходимо поддерживать в трубопроводах определенный уровень давления. Сделать это помогают газотурбинные двигатели, аналогичные тем, что используются в самолетах. Они служат источником энергии для работы газокомпрессорных станций. Во время сильных снегопадов на воздухоочистительных устройствах авиационного привода формируется ледяная корка, а иногда снежная «шуба». Ее образование приводит к снижению пропускной способности, уменьшению входного давления, что сопряжено с авариями и простоями. Для борьбы с обледенением учеными Пермского Политеха был разработан экспериментальный комплекс «ФИЛЬТР». Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030» при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований. Разработка вносит вклад в обеспечение технологического суверенитета Российской Федерации.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника» (№69, 2022 г.).
На компрессорных станциях входные очистительные устройства газоперекачивающего агрегата (ГПА) являются наиболее подверженными образованию наледи элементами. Из-за нее воздушные потоки поступают в систему авиационного привода неравномерно, и происходит «запирание» входа. Это приводит к сбоям в работе двигателей и ухудшению тяги. Чтобы эффективно справляться с обледенением, коллектив Центра высокопроизводительных вычислительных систем ПНИПУ под руководством доктора технических наук, профессора Владимира Модорского разработал оригинальный экспериментальный комплекс.
— Рядом научных сообществ исследуется процесс обледенения при воздействии набегающего потока для различных конструкций – авиационные двигатели, мосты, корабли, электропровода и др. При этом изучение обледенения проводится на газонепроницаемых поверхностях. В нашем эксперименте на входную часть газодинамического тракта была установлена газопроницаемая деформируемая сетка. В момент образования на ней снежных и ледяных наростов для их разрушения использовалась энергия газодинамической струи, которая импульсно деформировала сетку. Получены параметры подачи газа, при которых произошел полный сброс снега и льда. Разработанный нами комплекс «ФИЛЬТР» впервые позволит проводить междисциплинарные исследования поведения снежных и ледяных покровов на газопроницаемых деформируемых поверхностях различных типов, обеспечивая газодинамические условия, подобные тем, что возникают вблизи воздухоочистительных устройств ГПА. К ним относятся осадки в виде снега, высокая относительная влажность, отрицательные температуры, при которых происходит образование снежного и ледяного покрова на входных фильтрах, — рассказывает заместитель декана аэрокосмического факультета по науке и инновациям, старший преподаватель кафедры ракетно-космической техники и энергетических систем, инженер центра высокопроизводительных вычислительных систем Станислав Калюлин.
В ходе эксперимента ученые имитировали воздействие различных погодных условий на исследуемую поверхность, изменяли температуру, влажность воздуха и скорость ветра. Исследования по очистке от снега и льда проводились на поверхностях из двухслойного и трехслойного нетканого материала и сетки из пластика. Борьба с образованием наледи осуществлялась силой нагретого воздуха, а результаты каждого эксперимента фиксировались на видео.
С помощью экспериментального противообледенительного комплекса экспертам удалось установить, что наиболее эффективна для защиты двигателя оказывается пластиковая сетка, зафиксированная в центре газонепроницаемым элементом диаметром в 50 мм. Прочие газопроницаемые поверхности не удавалось полностью очистить от образования ледяной корки и забивания фильтров снегом.
Данные, полученные в ходе исследования, позволят защитить уязвимые элементы газоперекачивающих агрегатов от неблагоприятных погодных условий. Выявленные закономерности обледенения помогут отечественным предприятиям сделать их конструкцию более безопасной.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.
