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 ученые Пермского Политеха разработали 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 России. Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника».
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 другое. 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 миллиметров. 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.
