д.т.н. Селезнёв Ю.В., Вергелис А.В., Липа И.И. ПУТЬ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА.
д.т.н., профессор Селезнёв Ю.В.,
студенты группы П 5/1: Вергелис А.В., Липа И.И.
Николаевский государственный аграрный университет
Путь развития экологически чистой энергетики для сельского хозяйства
В учебно-научно-исследовательской лаборатории системологии приводов - УНИЛСП НГАУ проводятся поисковые научно-исследовательские работы и наработка вариантов проектов эффективной экологически чистой энергетики для сельского хозяйства. Особенностью проектирования такой энергетики является применение системно-аксиоматических методов для создания простых и технологичных конструкций с возможностью изготовления без применения сложного дорогостоящего оборудования. В результате проведенных исследований установлена перспективность использования углекомпозитных материалов для изготовления триботехнических узлов роторных машин различного назначения: насосов, компрессоров, расширительных машин, двигателей внутреннего и внешнего сгорания.
Новые материалы и технологии для создания экологически чистой сельскохозяйственной техники
Уже более века большинство деталей энергомашин выполняется из металлов и в частности из стали, получившей исключительно широкое распространение. Однако сталь становится хрупкой при низких температурах и теряет упругость и прочность при высоких (ее рабочий диапазон 240 - 950 К). Другим недостатком стали является большая плотность (удельный вес), что увеличивает весовые характеристики машин, снижая их быстроходность и маневренность. Низкая коррозионная стойкость также относится к недостаткам стали (ежегодно ржавчина разъедает десятки миллионов тонн стали).
В настоящее время широко развернулись работы по замене металлов новыми неметаллическими композиционными материалами, среди которых наиболее перспективным является углерод-углеродный композит. Специалистами УНИЛСП НГАУ разработана и запатентована новая технология получения углекомпозитных изделий без потребления электроэнергии. На этой технологической установке можно изготавливать вкладыши подшипников скольжения, втулки цилиндров, валы и оси, электроды и электронагреватели различного назначения. Кроме того, на данной установке можно получать углеродные сорбенты и активированный уголь. Исходными сырьевыми материалами в этом случае является углеродосодержащий газ, углеродная ткань или лента и другие углеродные наполнители, которые могут быть получены из отходов сельского хозяйства. Изделия, полученные на этой установке, по легкости и антикоррозийности не уступают пластмассовым, по термостойкости - керамическим. При этом сохраняется прочность на уровне стали в широком диапазоне температур (до 2000 К).
Характеристики углекомпозитов являются управляемыми. Так, например, из них можно изготовить антифрикционный материал с коэффициентом трения менее 0,1 или фрикционный материал с коэффициентом трения более 0,6.
Новые возможности создания экодвигателей внешнего сгорания с использованием углекомпозитов
Одним из важных вопросов современной экологии является замена существующих поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые имеют низкий КПД, кроме того, шумят, вибрируют, некачественно сжигают огромное количество дефицитных топлив и отравляют атмосферу ядовитыми выхлопными газами. В УНИЛСП НГАУ получены некоторые положительные результаты в этой области: получены патенты на тепловой солнечный двигатель, планетарную фрикционную соосную передачу с использованием углекомпозитов, роторные машины различного назначения.
В настоящее время разрабатывается роторный двигатель внешнего сгорания с утилизационным термодинамическим циклом. Разработана схема такого двигателя, выведена формула термического и эффективного КПД, разработана конструкция роторного компрессора и расширительной машины, несколько вариантов теплообменного аппарата. Предполагаемый КПД такого двигателя равен 0,7-0,8. С целью повышения экономичности, воздух после работы в расширительной машине направляется в камеру внешнего сгорания, при этом возвращается часть потерянной теплоты рабочего цикла и сокращается расход топлива при сохранении той же температуры в камере сгорания. В качестве топлива желательно использовать различные углеводородные газы: метан, этан, пропан, бутан, этилен, пропилен, бутилен, биогаз.
Еще более эффективным и перспективным будет создание комплексной ветросолнечной тепловой энергосистемы для сельского хозяйства с включением технологической системы получения углерод-углеродных изделий. В этом случае из углеводородного газа перед сжиганием частично отбирается углерод путем газофазного осаждения, а насыщенный водородом газ сжигается в камере внешнего сгорания.
Эффективное использование таких энергосистем, в зависимости от погодных условий, позволит пользователям всегда иметь неисчерпаемую бесплатную энергию и не отравлять окружающую среду вредными выхлопами, что улучшит состояние здоровья обитателей нашей планеты. Для ускорения внедрения новой экоэнергетики необходимо форсировать поисковые научно-исследовательские работы, а также опытно - конструкторские работы, с привлечением широкого круга талантливых (гениальных) специалистов из числа студентов, преподавателей и других сотрудников - оптимистов с системным мышлением.
Литература: Научные труды сотрудников УНИЛСП НГАУ.
