CC BY
2ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ ПРАВА
N111 ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ IIIN
Группа научных специальностей: Математика и механика Шифр научной специальности:
1.1.9
ТУМАНЯН Хорен Артурович,
Младший научный сотрудник РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, e-mail: [email protected]
УДК 62-5
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭЖЕКТОРНЫХ СИСТЕМ В РАМКАХ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
АННОТАЦИЯ. Нефтяная и газовая промышленность активно использует все передовые научные разработки, включая авиационные технологии. Поэтому вопросы энергосбережения и оптимального регулирования эжекторных систем рассматриваются с общих позиций науки-машиноведения, в том числе используется междисциплинарный и трансдисциплинарный подход для проведения исследований. В рамках исследований разработаны и запатентованы струйные системы, предназначенные для управления вектором тяги в пределах полной геометрической сферы, с углом отклонения вектора тяги в диапазоне от (+180°) до (—180°). Создание Зй-модели осуществлялось с использованием CAD-системы SolidWorks. Результаты компьютерного моделирования многопоточных струйных аппаратов ориентированы, преимущественно, на энергетику, добычу и переработку углеводородов. В лабораторных условиях успешно проверена работоспособность прототипов. Отдельные результаты проведенных исследовательских работ также могут быть использованы при создании робототехники, беспилотных аппаратов и программируемых струйных систем.
Работы проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России в рамках государственного задания в сфере научной деятельности, номер темы FSZE-2023-0004.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: междисциплинарное исследование, эжектор, сопловой аппарат, компьютерное моделирование.
TUMANYAN Khoren Arturovich,
Junior Researcher Gubkin University
REGULATION OF EJECTOR SYSTEMS WITHIN THE FRAMEWORK OF INTERDISCIPLINARY RESEARCH
ANNOTATION. The oil and gas industry actively uses all advanced scientific developments, including aviation technologies. Therefore, issues of energy saving and optimal regulation of ejector systems are considered from the general positions of mechanical science, including the use of an interdisciplinary and transdisciplinary approach to conduct research. As part of the research, jet systems have been developed and patented to control the thrust vector within a full geometric sphere, with a thrust vector deflection angle ranging from (+180°) to (-180°). The creation of the 3D model was carried out using the SolidWorks CAD system. The results of computer modeling of multi-flow jet devices are focused primarily on the energy sector, production and processing of hydrocarbons. The performance of the prototypes was successfully tested in laboratory conditions. Some results of the research work can also be used to create robotics, unmanned aerial vehicles and programmable inkjet systems.
The work is carried out with financial support from the state represented by the Ministry of Education and Science of Russia within the framework of the state assignment in the field of scientific activity, topic number FSZE-2023-0004.
KEY WORDS: interdisciplinary research; ejector; nozzle apparatus; thrust vector; computer simulation.
llll MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM I
|аиболее актуальной является проблема сокращения энергетических затрат во всех производственных процессах, включая процессы добычи и переработки углеводородов [1]. Учеными из Губкинского университета выполняются научные исследования, нацеленные на создание перспективных струйных аппаратов и эжекторных систем различного назначения [2-8], где проточные каналы имеют сетчатую структуру.
На сегодняшний день в аэрокосмической и энергетической инженерии видны многочисленные значительные междисциплинарные технологические достижения [9]. Поэтому вопросы энергосбережения и оптимального регулирования эжекторных систем рассматриваются с общих позиций науки-машиноведения, в том числе используется междисциплинарный и трансдисциплинарный подход для проведения исследований. В целом, исследуется взаимодействие текучей среды с твердой стенкой, в рамках газовой динамики и гидродинамики при выполнении фундаментальных научных исследований. А в частном случае, рассматриваются отдельные эжек-торные системы при выполнении прикладных научных исследований.
В рамках подготовки научного задела ранее были показаны новые возможности [2-8] в области управления вектором тяги (вектором скорости). В результате был разработан и запатентован вариант перспективной схемы струйной насосной установки, который представлен на рисунке 7.„Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является
расширение диапазона рабочих параметров потока на выходе рабочей камеры.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении контролируемого перераспределения энергии потока по площади выходного канала в рабочей камере с обеспечением регулирования параметров «количества движения» потока и параметров эпюры скоростей в поперечном сечении на выходе рабочей камеры. Под параметром «количество движения» принято понимать произведение массового расхода на скорость потока текучей среды. А если скорость потока распределена неравномерно по сечению канала, тогда дополнительно учитывается значение коэффициента Буссинеска.
Предлагаемая струйная насосная установка содержит источник рабочей среды 1 , источники перекачиваемой среды 2, струйный насос (эжектор), оснащенный системой сопел 3, гидравлически соединенных по параллельной схеме и размещенных на входе в рабочую камеру 4 с образованием кольцевого канала 5 на входе рабочей камеры 4. Источник рабочей среды 1 гидравлически связан с входами сопел 3. В кольцевом канале 5 размещены П-образные карманы 6 с образованием в них изолированных друг от друга подводящих каналов 7, в каждом из которых установлено одно из сопел 3, и которые гидравлически связывают рабочую камеру 4 с источниками перекачиваемой среды 2 через запорные регулирующие устройства 8. Подводящий канал 7 выполняет функции камеры смешения, а сопло 3 вместе с камерой смешения 7 образуют эжектор.
Рисунок 1. Схема струйной насосной установки (патент на изобретение РФ № 2781455)
■ I ■ ■ I ■ 11111 ■ ■ ■ ■ ■ ■ 111111 ■ I ■ ■ I ■ 11111 ■ I ■ ■ I ■ 11111 ■ ■ ■ ■ 11111111 ■ ■ ■ ■ I ■ 11111 ■ I ■ ■ I ■ 11111 ■ ■ ■ ■ 11111111 ■ ■ ■ ■ I ■ 11111 ■ I ■ ■ I ■ 11111 ■ ■ ■ ■ 11111111 ■ ■ ■ ■ 1111111 ■ I ■ ■ I ■ 11111 ■ ■
На стадии патентования серии новых технических решений расчетами подтверждена работоспособность эжекторной системы для регулирования тяги применительно к сжимаемым средам [2; 3]. Кроме того, благодаря компьютерному моделированию и аддитивным технологиям стало возможным создание более эффективных, и более сложных технических систем, в первую очередь с целью подтверждения работоспособности разрабатываемой конструкции [2; 3].
В рамках исследований проведены лабораторные испытания микромоделей струйных аппаратов, для управления вектором тяги в пределах полной геометрической сферы [2; 3]. На
рисунке 2 представлена трехмерная (компьютерная) модель струйного аппарата, состоящего из шести эжекторов, установленных параллельно. С использованием аддитивных технологий (в частности, с использованием фотополимерного принтера - рисунок 3) изготовлены микромодели струйных систем, для демонстрации вариантов и возможностей запатентованного технического решения [8]. На рисунке 3 представлена фотография - физическая микромодель струйного аппарата, изготовленная с применением 3D-принтера. Видны шесть выходных каналов от шести эжекторов, работающих по параллельной схеме.
¥
Рисунок 2. Трехмерная модель струйного аппарата (изометрия с разрезом)
РисунокЗ. Физическая микромодель струйного аппарата и фотополимерный ЗД принтер
Дальнейшие исследования будут нацелены на более детальное изучение рабочего процесса эжектора при управлении вектора тяги по модулю, в том числе будут рассмотрены усло-
вия, при которых проявляется кавитация в жидких средах. Также следует подробнее рассмотреть влияние абсолютного давления с изменением плотности окружающей среды. Кроме того,
ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ IIIIIIIIIII11IIIII11IIIIIIIIIIIIIIIII11IIIIIIIIII11IIII111III1111II111IIII111II11111II111IIII111IIII111II111IIII111IIII11III111IIII11IIII
развитие исследований может быть связано с созданием быстродействующих компьютеризированных струйных систем для управления вектором тяги на скоростных беспилотных аппаратах, например, на подводных или воздушно-кос-
мических аппаратах. Ограничения в исследованиях могут быть связаны со сложностью современных технических систем, постоянно требующих повышения вычислительной мощности.
Список литературы:
[1] Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года // Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 9 июня 2020 г. № 1523-р.
[2] Yu. A. Sazonov, M. A. Mokhov, I. V. Gryaznova, V. V. Voronova, Kh. A. Tumanyan, E.I. Konyushkov. Thrust vector control within a geometric sphere, and the use of Euler's tips to create jet technology // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 9, No 10 (2023) - P. 2516-2534- Doi: 10.28991/CEJ-2023-09-10-011
[3] Yu. A. Sazonov, M. A. Mokhov, I. V. Gryaznova, V. V. Voronova, Kh. A. Tumanyan, E.I. Konyushkov. Solving Innovative Problems of Thrust Vector Control Based on Euler's Scientific Legacy // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 9, No 11 (2023) - P. 2868-2895- Doi: 10.28991/CEJ-2023-09-11-017
[4] Development and Prototyping of Jet Systems for Advanced Turbomachinery with Mesh Rotor // Yuri Appolonievich Sazonov, Mikhail Albertovich Mokhov, Inna Vladimirovna Gryaznova, Victoria Vasilievna Voronova, Khoren Arturovich Tumanyan, Mikhail Alexandrovich Frankov, Nikolay Nikolaevich Balaka -Emerging Science Journal - Vol 5, No 5 (2021) -pp.775-801- Doi: 10.28991/esj-2021-01311
[5] Yuri Appolonievich Sazonov, Mikhail A. Mokhov, Inna Vladimirovna Gryaznova, Victoria Vasilievna Voronova, Khoren Arturovich Tumanyan, Mikhail Alexandrovich Frankov, Nikolay Nikolaevich Balaka. Designing Mesh Turbomachinery with the Development of Euler's Ideas and Investigating Flow Distribution Characteristics // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 8, No 11 (2022) - P. 2598-2627- Doi: 10.28991/CEJ-2022-08-11-017
[6] Yuri A. Sazonov, Mikhail A. Mokhov, Inna V. Gryaznova, Victoria V. Voronova, Khoren A. Tumanyan, Mikhail A. Frankov, Nikolay N. Balaka. Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation of Mesh Jet Devices for Promising Energy-Saving Technologies // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 8, No 12 (2022) - P. 27492767- Doi: 10.28991/CEJ-2022-08-12-06
[7] Sazonov, Yu.A.; Mokhov, M.A.; Tumanyan, Kh. A.; Frankov, M.A.; Balaka, N.N. Prototyping mesh turbine with the jet control system // Periódico Tche Química. ISSN 2179-0302. (2020); vol.17 (n°36) - P. 11601175. - http://www.deboni.he.com.br/Periodico36.pdf
[8] Патент на изобретение РФ № 2 781 455. Струйная насосная установка. // Сазонов Ю.А., Мохов М.А., Туманян Х.А., Франков М.А., Воронова В.В., Балака Н.Н. - Заявка: 2021136707, 13.12.2021; Опубликовано: 12.10.2022 Бюл. № 29
[9] Svorcan J, Andric J, Cantrak D, Ivanov T. Special Collection on advanced practices in aerospace and energy engineering. Advances in Mechanical Engineering. 2022;14(10). doi: 10.1177/16878132221125578.
Spisok literatury:
[1] Jenergeticheskaja strategija Rossijskoj Federacii na period do 2035 goda // Utverzhdena raspor-jazheniem Pravitel'stva Rossijskoj Federacii ot 9 ijunja 2020 g. № 1523-r.
[2] Yu. A. Sazonov, M. A. Mokhov, I. V. Gryaznova, V. V. Voronova, Kh. A. Tumanyan, E.I. Konyushkov. Thrust vector control within a geometric sphere, and the use of Euler's tips to create jet technology // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 9, No 10 (2023) - P. 2516-2534- Doi: 10.28991/CEJ-2023-09-10-011
[3] Yu. A. Sazonov, M. A. Mokhov, I. V. Gryaznova, V. V. Voronova, Kh. A. Tumanyan, E.I. Konyushkov. Solving Innovative Problems of Thrust Vector Control Based on Euler's Scientific Legacy // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 9, No 11 (2023) - P. 2868-2895- Doi: 10.28991/CEJ-2023-09-11-017
[4] Development and Prototyping of Jet Systems for Advanced Turbomachinery with Mesh Rotor // Yuri Appolonievich Sazonov, Mikhail Albertovich Mokhov, Inna Vladimirovna Gryaznova, Victoria Vasilievna Voronova, Khoren Arturovich Tumanyan, Mikhail Alexandrovich Frankov, Nikolay Nikolaevich Balaka -Emerging Science Journal - Vol 5, No 5 (2021) -pp.775-801- Doi: 10.28991/esj-2021-01311
[5] Yuri Appolonievich Sazonov, Mikhail A. Mokhov, Inna Vladimirovna Gryaznova, Victoria Vasilievna Voronova, Khoren Arturovich Tumanyan, Mikhail Alexandrovich Frankov, Nikolay Nikolaevich Balaka. Designing Mesh Turbomachinery with the Development of Euler's Ideas and Investigating Flow Distribution Charac-
I MM MM MM III MM MM MM MM III MM MM MM MM III MM MM MM III MM MM MM MM III MM MM MM III MM MM MM MM III MM MM MM III MM MM MM MM III MM MM MM MM III MM MM MM III MM MM MM MM III MM IMM
teristics // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 8, No 11 (2022) - P. 2598-2627- Doi: 10.28991/CEJ-2022-08-11-017
[6] Yuri A. Sazonov, Mikhail A. Mokhov, Inna V. Gryaznova, Victoria V. Voronova, Khoren A. Tumanyan, Mikhail A. Frankov, Nikolay N. Balaka. Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation of Mesh Jet Devices for Promising Energy-Saving Technologies // Civil Engineering Journal (C.E.J) - Vol 8, No 12 (2022) - P. 27492767- Doi: 10.28991/CEJ-2022-08-12-06
[7] Sazonov, Yu.A.; Mokhov, M.A.; Tumanyan, Kh. A.; Frankov, M.A.; Balaka, N.N. Prototyping mesh turbine with the jet control system // Periódico Tché Química. ISSN 2179-0302. (2020); vol.17 (n°36) - P. 11601175. - http://www.deboni.he.com.br/Periodico36.pdf
[8] Patent na izobretenie RF № 2 781 455. Strujnaja nasosnaja ustanovka. // Sazonov Ju.A., Mohov M.A., Tumanjan H.A., Frankov M.A., Voronova V.V., Balaka N.N. - Zajavka: 2021136707, 13.12.2021; Opub-likovano: 12.10.2022 Bjul. № 29
[9] Svorcan J, Andric J, Cantrak D, Ivanov T. Special Collection on advanced practices in aerospace and energy engineering. Advances in Mechanical Engineering. 2022;14(10). doi: 10.1177/16878132221125578.
1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 111111111111 III 111111111111 III 1111111111111111 III 111111111111II
