«Поршневая машина со свойствами проходного кривошипно-ползунного механизма»
Наличие патента:

Патент РФ №131813 на полезную модель «Двухроторная машина»/ Иванов В.Н., Груздева В.В., Давыдов А.П.,  Стрыгин С.В., Ермошин Д.М. – Заявка №2013106073; Заявл. 12.02.2013. Опубликовано: 27.08.2013 Бюл. № 24.

Краткое содержание проекта:

Разработка выполняется при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.». Тема разработки поршневой машины относится к машиностроению, в частности к механизмам поршневого привода пневмо- и гидродвигателей, приводных компрессоров, насосов и других поршневых машин. В течение первого этапа работы проводится опытная проверка теоретических изысканий, а также проверка средствами компьютерного моделирования. При этом производится разработка математических и твердотельных компьютерных моделей трех вариантов схем поршневой машины, формируется сводная таблица сравнительного анализа их технических характеристик.

Вариант совместного или раздельного использования двухроторной машины с поршневой машиной также относится к области машиностроения, и может быть использован в качестве двигателя, насоса, компрессора. На первом этапе разрабатываются математические и твердотельные компьютерные модели профильных роторов двухроторной машины, а также конструкция экспериментального образца двухроторной машины.

Предложен новый механизм поршневой машины с тремя вариантами исполнения – планетарным зубчатым, планетарным цепным, планетарным ременным. Выполнено проектирование трех исполнительных механизмов компрессора заданной производительности, сопоставление их технических характеристик.


Рынок сбыта, практическое применение:

Поршневая машина со свойствами проходного кривошипно-ползунного механизма за счет увеличенного рабочего хода в 2 раза, отличается высокой нагрузочной способностью при малых габаритах. Экономия по габаритам составит от 50 до 300%, что уменьшает ее металлоемкость и себестоимость. За счет сведенной к минимуму нагрузки на стенки цилиндра получены оптимальные эксплуатационные характеристики, при этом предложенная конструкция поршневой группы позволяет уменьшить потери от трения на 50-40%, что увеличивает КПД, как минимум, на 12%.

Развитие и совершенствование роторных машин связано с повышением их эффективности, оптимизацией их массово-габаритных параметров, увеличением удельной мощности при достаточной степени соответствия ужесточающимся требованиям по защите окружающей среды.

Например, существующие схемы использования ядерных силовых установок (ЯСУ), состоящих из ядерного реактора и паро- или газотурбинной установки, в которой тепловая энергия, выделяющаяся в реакторе, преобразуется в механическую или электрическую энергию, имеет КПД до 40%.

В работе рассматривается варианты внедрения двухроторной машины для пневмо- и гидродвигателей, приводных компрессоров, насосов и других роторных машин. Достоинством такого механизма являются повышенные КПД и удельная мощность.

К известным недостаткам существующих аналогов относятся:

- КПД порядка 40%,

- сложность конструкции,

- большая металлоемкость,

- недостаточно высокая удельная мощность.

В настоящее время КПД наиболее распространенных типов паровых турбин составляет 40-45 %.

Известна разработка – установка, включающая вертикально расположенные генератор и паровую турбину, выполненная при участии Массачусетского университета (USA). Установка состоит из парового входа, парового выхода, турбины, планетарной передачи, генератора, масляного насоса, маслоохладителя. Указанной турбиной был достигнут уровень КПД больше, чем 70 %.

Известны газотурбинные установки с постоянным давлением сгорания. содержащие компрессор, камеру сгорания, топливный насос, форсунку, газовую турбину, пусковой электродвигатель.  К недостаткам газотурбинной установки с постоянным давлением сгорания можно отнести сложность турбокомпрессорной группы, большие затраты мощности на привод компрессора.

Достаточно распространены технологические двухроторные машины – компрессоры.

Разработано и обосновано наиболее простое техническое решение по устранению известных недостатков роторных машин. Технический результат предлагаемого проекта «Двухроторная машина» заключается в упрощении конструкции, расширении функциональных возможностей, повышении мощности и коэффициента полезного действия роторной машины, снижении её себестоимости и повышении экологичности. Новизна работы подтверждается патентом на полезную модель «Двухроторная машина» и серией научных публикаций.

Примером промышленного внедрения являются варианты системы приводов технологического, энергетического и транспортного оборудования на базе двухроторной машины, агрегатированной с компрессором, для использования в качестве пневмопривода с газодинамической трансмиссией.


Коммерциализация:

В качестве базового варианта исполнительного механизма экспериментального образца компрессора выбран проходной кривошипно-ползунный механизм с зубчатым планетарным механизмом синхронизации по причине его способности передавать большие вращающие моменты при малых габаритах. Для компрессоров с большим расходом (большой производительностью) и малым давлением предпочтительнее использование механизмов синхронизации в виде планетарной цепной или ременной передачи – в силу их малошумности, простоты конструкции, более низкими требованиями к точности сборки, виброзащите, наличию смазки.
Благодаря тому, что установка будет создаваться на базе серийного оборудования, для организации промышленного производства силовых поршневых машин на базе проходного кривошипно-ползунного механизма потребуется минимум затрат.

Конкуренты:

Пневмодвигатель - это устройство, преобразующие энергию сжатого воздуха в механическую работу.  Пневмодвигатели существуют уже в течение примерно двух веков, и в наши дни довольно широко используются в промышленном оборудовании, ручном инструменте, в авиации (в качестве стартеров) и в конструкции автомобилей, работающих на сжатом воздухе. При этом сначала еще на заре автомобилестроения в XIX веке, и позднее, в ходе нового интереса к «ненефтяным» автомобильным двигателям начиная с 80-х годов XX века. В современном автомобилестроении известна технология Hybrid Air, которая демонстрирует снижение расхода топлива до трех литров на 100 км пробега без использования аккумулятора, благодаря чему воздействие на окружающую среду сводится к минимуму (по сведениям «Росбалт» - http://www.rosbalt.ru/). Согласно статье журнала «Популярная механика» - ДВА СЕРДЦА АВТО: ВОЗДУХ И БЕНЗИН [13] французский автопроизводитель PSA Peugeot Citroen, разработавший первый дизель-электрический гибрид, рассчитывает начать производство таких автомобилей к 2016 году.

Возможность импортозамещения: В краткий список торговых марок, производящих компрессоры, представленные на российском рынке входят: Alca (Германия), Defort (Германия), Dollex (КНР), Berkut (КНР).
Этапы реализации проекта:

На первом этапе планируются работы по привлечению потенциальных заказчиков и максимального количества инвестиций в проект, а также посещение мероприятий по машиностроению и внедрению новых энергосберегающих технологий с целью рекламы продукта. Также по окончанию первого этапа будет представлено техническое задание на проектирование поршневой машины, согласованное с инвестором и заказчиками. Будет произведена закупка нескольких позиций по оборудованию (электродвигатель, измерительная аппаратура), необходимому для проведения опытно-промышленных испытаний. На втором этапе будут закуплены материалы, сырье и комплектующие, а также подготовлена рабочая документация для сборки и монтажа экспериментальной установки. Планируется проведение работ по техническому заданию заказчика, испытания. На третьем этапе проводится анализ проведенных испытаний, осуществляется доработка поршневой машины и выведение ее на рынок. Разработка, полностью готовая к продаже на внутреннем и внешнем рынках – результат выполнения третьего и четвертого этапов. Плановый срок реализации проекта – 3 года.

Кооперация с другими предприятиями:

Возможно создание совместного производства с отечественными и зарубежными производителями поршневых машин для холодильного оборудования, автотранспорта, промышленной пневматики.