Аспирант Южно-Уральского государственного университета представил свою разработку принципиально новой конструкции генератора, которая имеет магнитный и газодинамический подвес. Такие решения еще не применялись в мировой практике. Разработка была отмечена грантом от Российского фонда фундаментальных исследований на конкурсе «Аспирант».
Дешевле, проще, надёжнее
Аспирант кафедры «Теоретические основы электротехники» Политехнического института ЮУрГУ Николай Неустроев под руководством доктора технических наук, заведующего кафедрой «Теоретические основы электротехники» Сергея Ганджи предложил реализовать новую конструкцию автономного генератора для газотурбинной установки, которая позволяет значительно снизить потери при производстве электроэнергии и повысить надёжность работы агрегата.
Высокоскоростные генераторы являются очень перспективным научным направлением. Ежегодно в России используется около 2150 газотурбинных установок общей мощностью 28 ГВт. Неприхотливость в обслуживании, автономная работа, высокий коэффициент использования топлива и маленькие габариты делают газотурбинные установки очень привлекательными для абсолютно разных сфер деятельности человека.
«В используемых на данный момент радиальных магнитоэлектрических генераторах основным недостатком являются большие магнитные потери в стали из-за высокой частоты перемагничивания. Это создает следующие проблемы: уменьшается КПД, тепловые потери надо отводить при помощи сложной системы охлаждения, усложняется система контроля и управления. Применение специальных сталей и ослабление магнитного потока только уменьшают проблему, но не решают ее. Цена изделия при этом существенно возрастает. Мы предлагаем использовать генератор на постоянных магнитах с аксиальным магнитным потоком и диамагнитным якорем. В нем стального сердечника просто нет, а значит, нет и этих проблем. Повышается КПД, упрощается конструкция, снижается цена изделия», – поясняет Николай Неустроев.
На фото: Николай Неустроев, аспирант ЮУрГУ
Разрабатываемый аспирантом ЮУрГУ высокоскоростной генератор на мощных постоянных магнитах с аксиальным магнитным потоком и якорем без электротехнической стали на комбинированном магнитном газодинамическом подвесе за счет исключения магнитных потерь имеет высокий КПД, то есть является энергоэффективным.
При этом газотурбинный двигатель неприхотлив к качеству топлива. Здесь может подойти любое горючее вещество от газа до мазута. Предлагаемую концепцию можно будет применить в любой области техники: электроснабжение любых автономных объектов, таких как пассажирские самолеты, корабли, бортовая сеть изделий военной техники, бытовые нужды электропотребления.
Оригинальность конструкции заключается в ее модульности, которая позволяет подобрать необходимую мощность за счет дополнительных секций.
«На данном этапе мы завершаем работу над созданием «цифрового двойника», поскольку все основные узлы и агрегаты должны иметь трехмерные твердотельные цифровые модели, на которых будут проводиться испытания в виртуальном формате», - говорит научный руководитель Сергей Ганджа.
На фото: Сергей Ганджа, заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники» Политехнического институт ЮУрГУ
Уникальный генератор требует инновационных решений для своего создания.
«Теперь львиную долю моего свободного времени занимает комбинированный магнитный газодинамический подвес. Дело в том, что предлагаемый подвес позволит умножить все преимущества разрабатываемого генератора, так сказать раскрыть весь его потенциал. Однако, «подружить» магнитный и газодинамический подшипник задача не из простых, но для этого и нужна наука», – говорит Николай Неустроев.
После тщательного изучения существующей отечественной и зарубежной научной литературы ученые проводят расчет нескольких вариантов магнитных подвесов, стараясь учесть все возможные технические риски. Они должны рассмотреть варианты комбинаций газодинамического и магнитного подшипников и определить оптимальный. Свою инновационную идею ученые намерены проверить на практике, то есть изготовить и испытать макетный образец на средства выигранного гранта. Реальный образец должен подтвердить принятые концепции.
Грант поможет довести научные исследования до логического конца. Результаты исследований будут опубликованы в журналах, проиндексированных наукометрических базах Scopus и Web of Science (Q1 и Q2). Рост числа отечественных разработок и патентов на изобретения предусмотрен нацпроектом «Наука», который должен быть реализован в России к 2024 году.
ЮУрГУ – участник Проекта 5-100, призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров