"НИиОКР по патентам АТТ"
В "Демиурге" № 2 2004 г. было опубликовано информационное письмо "О реализации интеллектуальной собственности АТТ", в котором шла речь о проведении НИОКР по разработке роторных агрегатов высокой удельной мощности (далее РАВУМ), являющихся как отдельными узлами (компрессор, пневмопривод) роторного двигателя непрерывного горения, так и собственно двигателем и сочетанным блоком двигателя с компрессором. Финансирование осуществлял Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, в качестве производственной база (предприятие - соисполнитель) выступил Свободинский электромеханический завод.
В ходе работ был разработан и изготовлен действующий макет пилотного образца роторного двигателя (ПОРД). Макет ПОРД (рис. 1) изготовлен из стали 10 и состоит из двух легко разделяемых узлов: сжатия и расширения.

Рисунок  1. Узел сжатия в сборке с прозрачной щекой (слева)
и детали узла расширения макета ПОРД.
Узел сжатия был исследован с использованием имевшейся в распоряжении измерительной аппаратуры общего назначения. Макет узла сжатия (с производительностью 5 г/с при 3000 об/мин) был рассчитан на выходное давление 0,5 МПа.
В результате испытаний получена производительность узла сжатия 3,6 г/с вместо расчетных 5 г/с. Кроме того, вращающий момент в среднем оказался заметно выше ожидаемого.
С целью выяснения причин указанных отклонений от расчетных величин одна из щек макета была заменена щекой из органического стекла толщиной 10 мм. Модифицированный макет был исследован в той же схеме и дал такие же результаты. В обоих случаях не было зафиксировано заметное повышение температуры сжимаемого воздуха, как прямыми измерениями, так и по отсутствию снижения давления за счет остывания воздуха в ресивере после остановки двигателя.
Благодаря возможности визуального наблюдения процессов было обнаружено, что перетекания воздуха вдоль радиальных поверхностей ротора не происходит, ибо такое перетекание было бы хорошо видно в масляной пленке в зазоре между радиальной поверхностью ротора и щекой. В этом случае единственной причиной снижения производительности могла быть утечка в зоне контакта между тангенциальной поверхностью ротора и статором, где зона контакта была практически линейной. В обычных лопастных насосах, в которых отсутствует сжатие, такая зона работает вполне удовлетворительно, что, однако, оказалось несправедливым в нашем случае, так как в пределах зоны существовал градиент давления.
Исследуя динамику вращающего момента от угла поворота ротора, удалось установить, что резко повышение трения лопастей в пазах ротора связано с несоответствием угла наклона лопастей относительно радиусов ротора (рассчитаны на трение поверхностей с нитрид - титановым покрытием), которое привело к возникновению в лопастях изгибных усилий.
Таким образом, в результате проведенных исследований макета:
1. Практически проверен расчёт по коэффициенту трения между лопастями и статором угла наклона лопастей, обеспечивающего минимальное значение изгибающего момента лопастей и, следовательно, снижения трения лопаток в пазах ротора.
2. Выяснена необходимость внесения изменений в конструкцию статора, обеспечивающих увеличение зоны контакта тела ротора со статором. Подготовлены эскизы измененного статора для конструктивно - технологической проработки соисполнителем.
3. Определены оптимальные требования к измерительной аппаратуре и произведена закупка приборов и части оборудования испытательных стендов на основе разработанных схем.
На основе этих испытаний был изготовлен испытательно - демонстрационный стенд для исследования узла сжатия в режиме компрессора, размещённый в легком алюминиевом чемодане габаритами 400х300х150 мм.
Фотографии испытательно - демонстрационного стенда узла сжатия

в транспортном (вверху)

 и развернутом виде.
   На фотографии показан внешний вид стенда, а на рисунке 2 - размещение элементов стенда внутри чемодана. Для питания стенда достаточно бытовой электросети, что позволяет проводить демонстрацию работы узла даже в кабинетных условиях.


Рис. 2.  Схема испытательно - демонстрационного стенда.
На рисунке 2  вверху показано размещение деталей на крышке:
пневмосхема, включающая возвратный клапан (1), манометр (2), предохранитель (3) и выпускной кран (4).
На рисунке 2 внизу - размещение деталей в основании чемодана, где находятся:
электродвигатель (1), блок питания и управления двигателем (2),
тахоэлектрогенератор (3) с вольтметром, градуированном в оборотах в минуту,
ресивер (4) с запорным краном и испытуемый узел (5).
В демонстрационном режиме электрические параметры работы двигателя (за исключением угловой скорости) не контролируются. Стенд изготовлен и испытан на первом варианте макета узла сжатия. Аналогичный стенд (с соответствующими схемными изменениями) изготовлен для испытания узла расширения.
В процессе испытаний макета на стенде проведены испытания узла сжатия, которые позволили обнаружить, что реальная производительность макета составляет не более 70% расчетной. После испытаний модифицированного узла (с прозрачной щекой) была выявлена принципиальная конструктивная недоработка (малая тангенциальная протяженность зоны контакта ротора и статора), устраненная затем при конструировании опытного образца.
В результате дальнейших исследований выявлена оптимальная степень изотермического сжатия применительно к термодинамике процессов в двигателе. По полученным данным оптимален режим с коэффициентом изотропного сжатия (геометрическое сжатие) kи = 10. Это дает для изделия с показателем политропы, равным 1,2 (коэффициент политропного сжатия kп = 16).
Таким образом, в результате проведенных НИиОКР, помимо чисто конструктивных и технологических результатов были очерчены возможные области применения:
Для компрессоров (узлов сжатия РДНГ) с электроприводом:
  • заполнение сжатым воздухом баллонов объемом 40 л для запуска мощных дизелей (давление 15 МПа, мощность привода 5,5 кВт, время заполнения баллона 15 мин)
  • заполнение сжатым воздухом баллонов для аквалангов (давление 25 МПа, мощность привода 5,5 кВт, производительность 10 г/с)
  • аэрационных нагнетателей в системах очистки (давление 60 - 70 кПа, производительность - 360 - 400 м3/час, перекачиваемая среда - атмосферный воздух).

    • Для пневмоприводов (узлов расширения РДНГ):
  • в качестве привода строительно-монтажных инструментов (давление 0,8 МПа, расход воздуха 13 г/с, мощность 2,3 кВт).
    • Практические рекомендации по применению других агрегатов семейства могут быть получены только после завершения всего цикла испытаний пилотного образца РДНГ в целом.
    К сожалению, в связи с организационно-финансовыми трудностями предприятия-соисполнителя (Свободинский электромеханический завод, г. Курск) в договорные сроки не был завершен последний этап порученных соисполнителю работ, а именно, не закончено изготовление пилотного образца.
    В настоящее время работы приостановлены в связи с отсутствием финансирования.