Климатические аспекты применения низкотемпературной техники… Доклады 2024

Организаторы конференции:

• Международная академия холода (МАХ),
• Университет ИТМО,
• Рабочая группа «Свойства хладагентов и теплоносителей» Национального комитета по теплофизическим свойствам веществ РАН.

В конференции участвовали:

• ФГБОУ ВО Калининградский государственный технический университет;
• ООО «РУДЕТРАНССЕРВИС», г. Великий Новгород,
• Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова;
• журнал «Холодильная техника»;
• Сеченовский Университет;
• АО «Научно-производственное предприятие «ЭТАЛОН»;
• ООО «Газпром ВНИИГАЗ»;
• Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого;
• Университет ИТМО,
• ГАУ ЯНАО НЦ изучения Арктики.

Информационную поддержку осуществляли журналы «Вестник Международной академии холода», «Империя холода», «Холодильная техника», интернет-порталы holodinfo.ru, «Академия КриоФрост».

* * *

Руководитель Образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО профессор  Баранов И.В.  и профессор  Цветков О.Б.  выступая с приветственным словом, подчеркнули особую важность и актуальность обсуждаемых на конференции энергетических и экологических проблем, связанных с техникой низких температур, играющих стратегическую роль в мировой экономике, и пожелали участникам плодотворной работы и профессиональных успехов.

* * *

Открыл конференцию доклад  Серякова А.В., Конькина А.В., Алексеева А.П.  (ООО «РУДЕТРАНССЕРВИС», г. Великий Новгород) «Применение закрученного течения пара в коротких линейных тепловых трубах».

В докладе представлены результаты экспериментальных исследований коэффициента теплопередачи КТТ коротких тепловых труб (ТТ) с выполненным в виде сопла Лаваля паровым каналом и с частично закрученным течением пара внутри канала. Частичная закрутка струйного парового потока создается с помощью наклонных инжекторных каналов диаметром 1 мм в плоском многослойном сеточном испарителе, с углом наклона φ относительно продольной оси в азимутальном направлении, против часовой стрелки, в диапазоне 0° <φ <60°. Выходные отверстия наклонных инжекторных каналов выполнены внутри диаметра критического сечения dcr = 4 мм сопла Лаваля, каналы пронизывают всю толщину испарителя, равную 3.5мм.

Результаты численного моделирования коэффициентов гидравлического сопротивления ξvp закрытого плоскими крышками парового канала ТТ при частично закрученном струйном течении пара, полученные с помощь программы ANSYS, показывает снижение ξvp при высоких значениях температурного напора на испаритель в диапазоне скоростей течения пара 1 м/с30° начинается резкий рост коэффициента гидравлического сопротивления ξvp.

Проведенное систематическое исследование коэффициентов теплопередачи КТТ с помощью набора тождественных ТТ с различными углами наклона инжекторных каналов в испарителях, с одинаковой массой заправки рабочей жидкостью (δm/m ≤ 0.1 %), представляет собой экстремальную выпуклую функцию в зависимости от угла наклона φ инжекторных каналов, с максимумом при угле закрутки потока пара φ = 26° ± 2°.

* * *

Талызин М. С., Пономарев В. Г.  (Журнал «Холодильная техника», ООО «НПП Синтез») выступили с докладом «Техника безопасности при использовании природных хладагентов».

К природным хладагентам, применяемым в холодильной технике, относятся аммиак, СО₂,  углеводороды.

Аммиак (R717) — один из самых «старых» хладагентов, обладает самыми высокими показателями эффективности, токсичен, при определенной концентрации может образовывать взрыво- и пожароопасные смеси, агрессивно взаимодействует с некоторыми материалами. Холодильные установки, использующие аммиак, подлежат обязательному контролю со стороны государственных органов. Стоит отметить тот факт, что, несмотря на отрицательные свойства, существует система подготовки специалистов для работы с данным хладагентом, а также проверенная практикой нормативная документация.

СО₂  (R744) — наряду с аммиаком, также является одним их первых хладагентов, широко используемый до момента распространения хладонов. К отрицательным свойствам можно отнести высокое рабочее давление, отрицательное влияние на организм человека, причем, если утечку аммиака легко заметить по характерному запаху, утечка СО₂  практически не заметна с помощью органов чувств. Для работы с СО₂  требуется подготовка персонала в области промышленной безопасности, но поскольку R744 относится к той же группе, что и применяемые хладоны, этому аспекту не уделяется достаточного внимания.

Пропан (R290) — эффективность применения и свойства близки к хорошо известному хладагенту R22. Горюч, существуют нормы по минимальные заправки.

Изобутан (R600) — область применения ограничена бытовыми системами с малой заправкой, поэтому такие отрицательные свойства, как горючесть, не сильно актуальны.

Пропилен (R1270) — похож на пропан как с точки зрения положительных, так и отрицательных свойств.

По ГОСТ 12.2.233-2012(ISO 5149:1993) СИСТЕМЫ ХОЛОДИЛЬНЫЕ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ СВЫШЕ 3,0 кВт данные хладагенты классифицируются следующим образом:

• СО₂  - Группа 1 — невоспламеняющиеся холодильные агенты, имеющие такие свойства, что при полной зарядке ими системы в количестве, достаточном для охлаждения объекта, весь хладагент (вся зарядка) может быть выброшен в окружающую среду, где находятся люди, и при этом не будут превышены ПДК;
• Аммиак - Группа 2 — токсичные холодильные агенты. Несколько хладагентов этой группы являются также воспламеняемыми, но с нижней границей воспламеняемости, равной или выше 3,5 % по объему, что требует надлежащих дополнительных ограничений;
• Углеводороды - Группа 3 — взрывоопасные и легковоспламеняемые холодильные агенты с нижней границей воспламеняемости ниже 3,5% по объему.

ГОСТ 34891.1-2022 СИСТЕМЫ ХОЛОДИЛЬНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ (EN 378-1:2016) предусматривает следующую классификацию и соответствующие ограничения по заправке:

СО₂  - Группа А1 — хладагенты с низкой токсичностью и высокой горючестью
Ограничения по заправке (категория помещения А – общедоступные помещения):

• По расчету ПДК — в охлаждаемом помещении и машинном отделении могут находиться люди.
• Ограничений нет — все элементы на открытом воздухе, машинное отделение без постоянного присутствия персонала.

Ограничения по заправке (категория помещения С — помещения с ограниченным доступом):

• Ограничений нет.

Углеводороды - Группа А3 — хладагенты с низкой токсичностью и высокой горючестью

Ограничения по заправке (категория помещения А — общедоступные помещения):

• 1,5 кг — в охлаждаемом помещении и машинном отделении могут находиться люди.
• 5 кг — все элементы на открытом воздухе, система расположена выше уровня пола.

Ограничения по заправке (категория помещения С — помещения с ограниченным доступом):

• 10 кг — в охлаждаемом помещении и машинном отделении могут находиться люди, система выше уровня пола.
• 25 кг — все элементы на открытом воздухе, система расположена выше уровня пола.

Герметичные системы заводского изготовления с заправкой хладагентами групп А2 или A3 устанавливают в помещениях, не являющихся машинными отделениями (специальными машинными отделениями), без каких-либо ограничений в системах кондиционирования воздуха и тепловых насосах, используемых в целях комфортного жизнеобеспечения людей.

Аммиак - Группа B2 — хладагенты с низкой токсичностью и высокой горючестью

Ограничения по заправке (категория помещения А — общедоступные помещения):

• Расчет по ПДК — в охлаждаемом помещении и машинном отделении могут находиться люди.
• 2,5 кг — все элементы на открытом воздухе, машинное отделение без постоянного присутствия персонала.

Ограничения по заправке (категория помещения С — помещения с ограниченным доступом):

• По расчету — в охлаждаемом помещении и машинном отделении могут находиться люди.
• Ограничений нет, если все элементы расположены на открытом воздухе.

Для обеспечения безопасной эксплуатации холодильных установок с природными хладагентами необходимо:

• Проводить обучение персонала.
• При заправке шланги должны быть зафиксированы, предприняты меры для снижения утечек, материалы, способные образовывать искры, должны быть удалены из места заправки.
• Использовать специальные места хранения хладагентов (вентиляция, отсутствие открытого пламени).
• Применять средства индивидуальной защиты.
• Использовать портативные газовые анализаторы.

При эксплуатации холодильных установок на СО₂  следует уделять внимание показателям безопасной работы, указанным в Таблице 1.

Таблица 1

При эксплуатации холодильных установок на углеводородах следует уделять внимание показателям безопасной работы, указанным в Таблице 2.

Таблица 2

При эксплуатации холодильных установок на аммиаке следует уделять внимание показателям безопасной работы, указанным в Таблице 3.

Таблица 3

Выводы:

• Накоплен теоретический и практический опыт использования природных хладагентов
• Соблюдение мер безопасности при эксплуатации природных хладагентов позволяет широко их использовать
• Для более широкого применения необходимо сосредоточиться на следующих направлениях подготовки специалистов:

      - Промышленная безопасность.

      - Специальное материаловедение.

      - Автоматизация.

      - Схемотехника (принципиальные пневмогидравлические схемы).

      - Мировой опыт.

* * *

В докладе  «Теплофизические свойства веществ с фазовым переходом в системах производства теплоты и холода. Нормальный докозан»  Александрова И.С., Герасимова А.А., Крейза Ю.А.   (Калининградский ГТУ) и  Григорьева Б.А.  (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), авторы считают перспективным использование высокомолекулярных парафиновых углеводородов в системах преобразования теплоты и холода с фазовым переходом. Указанные углеводороды используются как рабочие вещества. Поэтому необходимо знать все теплофизические свойства и иметь уравнения состояния, описывающие эти свойства.

В докладе представлено новое фундаментальное уравнение состояния для н-докозана, описывающее безразмерную удельную энергию Гельмгольца и имеющее оптимизированную форму. Показатели степени и коэффициенты при температуре оптимизированы в процессе нелинейной итерационной процедуры, основанной на методе случайного поиска. Для разработки уравнения использовались экспериментальные PVT-данные, данные о давлении насыщенных паров, плотности насыщенной жидкости, изобарной теплоемкости и скорости звука н-докозана. Новое уравнение удовлетворяет критическим условиям и правилу Максвелла, позволяет рассчитывать все термодинамические свойства, включая фазовые равновесия в диапазоне температур от тройной точки до 700 К при давлениях до 100 МПа, корректно описывает ход идеальных кривых.  Представлены погрешности в описании термодинамических свойств, а также результаты сравнения с опубликованными в литературе экспериментальными данными. Полученное уравнение может быть использовано как для прогнозирования свойств н-докозана — рабочего вещества в системах преобразования энергии, так и в нефтегазовом секторе для моделирования свойств углеводородных смесей, в которых в качестве компонента присутствует н-докозан.

* * *

В докладе  Бойцова С.В. (АО «Научно-производственное предприятие «Эталон»)  «Автоматизированные системы мониторинга температуры многолетнемерзлых грунтов» предложено для безопасности функционирования объектов транспортной инфраструктуры и нефтегазового комплекса в северных районах России осуществлять температурный мониторинг объектов с целью выявления и устранения аварийных ситуаций в районах вечномерзлого грунта с помощью различных систем мониторинга температур.

Разработанные системы мониторинга предназначены для полевого определения температуры грунтов по ГОСТ 25358-2012, где требуется получить данные о температурном состоянии грунтов.

Используя многолетний опыт в области термометрии, в целях обеспечения безопасности функционирования объектов нефтегазового комплекса, транспортной инфраструктуры и гражданских объектов на территориях многолетнемерзлых грунтов, АО «НПП «Эталон» разработало комплект оборудования геотехнического мониторинга температуры, предназначенный для полевого определения температуры грунтов по ГОСТ 25358-2012, где требуется получить данные о температурном состоянии грунтов.

Архитектура разработанных измерительных систем очень гибкая и позволяет в зависимости от поставленной задачи осуществлять оперативный, автономный или непрерывный мониторинг температуры грунта под основаниями зданий и сооружений, вдоль земляного полотна железных дорог, тем самым обеспечивая работоспособность и безопасность функционирования объектов в условиях вечной мерзлоты.

Для автоматизированного сбора данных разработан и запущен в производство шкаф сбора и передачи данных ШСПД. Устройство предназначено для автоматизированного сбора данных измерений температуры и других физических величин с контроллеров цифровых датчиков стационарных типа СКЦД по интерфейсу RS-485 и логгеров цифровых датчиков типа ЛЦД по радиоканалу с заданной периодичностью и передачи данных на сервер с последующей обработкой на ПК с помощью программного обеспечения «ГеоМет» (рис. 1).

Рис.1 Конфигурация сети геотехнического мониторинга

В зависимости от варианта исполнения передача данных потребителю может быть осуществлена: по витой паре или оптоволокну на внешний сервер; по витой паре или оптоволокну на ПК со встроенного в ШСПД сервера; по GSM-связи на внешний сервер. ШСПД имеет степень защиты от пыли и воды IP65 и оснащен термостатом для подогрева электроники для работы при отрицательных температурах окружающего воздуха до -60 °С.

Для проведения оперативных замеров используется комплект оборудования, состоящий из контроллера ПКЦД-1/100 и термокосы МЦДТ 0922. ПКЦД-1/100 позволяет устойчиво считывать показания с термокос с интервалом опроса от 10 секунд до 1 часа, а также сохранять информацию об измеренной температуре каждого датчика в термокосе в энергонезависимой памяти прибора. Термокосы МЦДТ 0922 имеют следующие достоинства: интервал между поверками 5 лет, кабель с усиленной стальной жилой, кабель остается гибким при отрицательных температурах, степень защиты от пыли и воды IP68.

Для проведения автономных замеров температурных полей удаленных и труднодоступных объектов (термометрических скважин) используется комплект оборудования, состоящий из логгеров ЛЦД-1/100-SD или ЛЦД-2-USB и термокос МЦДТ 0922 или МЦДТ 1201. Логгер совместно с термокосой размещается в термометрической скважине ниже уровня земли и работает автономно в течение нескольких лет.

Для решения задач по автономному мониторингу и передаче данных по беспроводной линии связи используется вариант на базе логгеров ЛЦД-1/100-РМ, ЛЦД-2-RM.

В линейке ЛЦД-2 имеется исполнение GSM, данный логгер передает данные по сети сотового оператора на удаленный сервер, таким образом, данный вариант не требует дополнительного оборудования для передачи данных и выездов к месту установки логгеров.

Отличительными особенностями ЛЦД-2 по сравнению с ЛЦД-1/100 являются: увеличенная емкость элементов питания и, соответственно, увеличенный срок автономной работы, так же увеличен объем встроенной памяти для хранения измерений с МЦДТ, кроме этого ЛЦД-2 получил степень защиты от пыли и воды IP68.

Для решения задач непрерывного мониторинга температуры и оповещения об ее критических изменениях под зданиями и сооружениями, рекомендуется использовать систему СТМ ПО, представляющую собой совокупность контроллеров СКЦД-6/200 с использованием линии связи RS-485, и термокос МЦДТ 0922 и (или) МЦДТ 1201.

Анализ работы системы показал высокую точность и надежность приборов, получена качественно новая информация о температурном режиме объекта земляного полотна.

Продукция АО «НПП «Эталон» внесена в Государственный реестр средств измерений, имеет сертификаты соответствия для работы во взрывоопасных средах, маркировка взрывозащиты РО Ех ia I Ma X/0Ex ia IIC T6 Ga X.

Многие годы оборудование в различных ее конфигурациях, успешно эксплуатируется в таких компаниях как ПАО «Газпром», ПАО НК «Роснефть» и других организациях, осуществляющих свою деятельность в районах вечной мерзлоты, где требуется контролировать температурные режимы грунта.

Заключение:

• Системы мониторинга температуры являются необходимыми составляющими как для эксплуатируемых объектов, так и для проведения новых изысканий в области строительства и стабилизации вечномерзлых грунтов.
• Разработанная автоматизированная система позволяет удаленно производить сбор данных с систем температурного мониторинга грунтов, без необходимости выезжать на объект, что значительно повышает эффективность работы с системами температурного мониторинга грунтов.

* * *

В докладе  Исаева В.С., Комарова И.А., Ананьева В.В.  (МГУ имени М.В. Ломоносова) и  Синицкого А.И. (ГАУ ЯНАО НЦ изучения Арктики, г. Салехард) продемонстрированы результаты использования сезонных и всесезонных термостабилизирующих изделий в научных, образовательных и опытно-экспреиментальных работах в условиях средней полосы России (Звенигородский геодинамический криологический полигон «Арктика» МГУ имени М.В. Ломоносова) и в условиях Крайнего Севера (карбоновый полигон «Семь лиственниц» ГАУ ЯНАО НЦ изучения Арктики, г. Салехард).

Для обоих полигонов применена методика комплексирования различных методов исследования сезонно-мерзлых, сезонно-талых и многолетнемерзлых пород. При монтаже термостабилизаторов было проведено инженерно-геологическое бурение с пробоотбором для лабораторных исследований на физические и прочностные свойства грунтов. Каждое изделие сопровождалось монтажом наблюдательных термометрических скважин, установленных в 50 см и в 100 см от оси изделия на всю глубину заложения термостабилизации. Полученные опорные скважины стали валидационными при проведении геофизических исследований района испытаний, проводимых для перехода от точечных моделей динамики изменения теплового состояния массива грунта к площадному с возможностью экстраполяции на район исследования для оценки площади воздействия термостабилизации.

Блок круглогодичной термостабилизации в Звенигороде был предоставлен компанией МобиДик г. Курган и представлял собой систему из 4 термостабилизаторов глубиной заложения 10 м с ореберением и дополнительным контуром охлаждения с круглогодичной прокачкой хладогента с температурой минус 34 градуса Цельсия, поступающий из системы охлаждения собственного производства мощностью 25 кВт.

Блок сезонной термостабилизации в Звенигороде был представлен типовыми изделиями 38 мм диаметра, заполненными разных хладагентами – двуокисью углерода (R744), аммиаком (R717) и фреоном (R410 A). Глубина заложения также составила 10 метров.

Блок сезонной термостабилизации в Салехарде был представлен типовыми изделиями компании НПО СЕВЕР, г. Москва, которые устанавливались на двух экспериментальных площадках карбонового полигона Семь лиственниц.

На первой планируется использование термостабилизации для определения несущей способности бетонных свай, погруженных в немерзлый грунт с последующим промораживанием в зимний период.

На второй площадке проводится эксперимент по стабилизации слабых грунтов в основании автодорожного полотна участка дороги п. Лабытнанги - п. Харп за счет размещения двух линейных систем по тыловому шву дорожной насыпи общим количеством 56 термосифонов, погруженных на глубину порядка 7 метров. Все термостабилизирующие изделия сопровождались системами сбора термометрических данных. Блок термометрии был представлен на обеих площадках автоматической системой термометрического мониторинга компании РУСГЕОТЕХ, г. Москва. Система позволяет в автономном режиме с заданным интервалом получать данные по температуре по всей глубине термостабилизации. Данные накапливаются на сервере, в автоматическом режиме обрабатываются в графические изображения, проводится предварительная аналитика — рассчитывается и отрисовывается в графике тренд изменения температуры в грунте. В результате наблюдений появляется возможность оценить эффективность работы термостабилизаторов на грунтах с различным тепловым режимом, различной литологии, в различных климатических условиях. Схемы площадок приведены ниже:

Рис.1. Звенигородский геодинамический геокриологический полигон МГУ имени М.В. Ломоносова — площадка всесезонной термостабилизации

Рис.2. Звенигородский геодинамический геокриологический полигон МГУ имени М.В. Ломоносова — площадка всесезонной термостабилизации — работа автоматической системы мониторинга температуры компании РУСГЕОТЕХ

Рис. 3. Карбоновый полигон Семь лиственниц ГАУ ЯНАО НЦ изучения Арктики г. Салехард — площадка тестирования свайного фундамента

Рис. 4. Карбоновый полигон Семь лиственниц ГАУ ЯНАО НЦ изучения Арктики г. Салехард — площадка тестирования термостабилизации дорожного полотна дороги п. Лабытнанги - п. Харп.

Полигоны и в Звенигороде и в ЯНАО используются для решения научно технических задач определения эффективности работы сезонной и всесезонной термостабилизаци на участках геотестсайтов (полигон Семь лиственниц НЦ изучения Арктики ЯНАО и полигон Арктика МГУ им.М.В.Ломоносова Москва, Звенигородская биостанция). Концепция геотестсайта — предоставление исследователям комплекса данных о геологическом строении используемого в эксперименте массива пород, доступ к климатическим данных собственных метеостанций, к температурным данным по термометрическим скважинам, к пространственным моделям мерзлоты (для Арктки) и геологическим моделям для средней полосы.
--------
Результаты исследований опубликованы в следующих работах:
2023 Three-Circuit Soil Thermal Stabilization System to Maintain the Natural and Technical Systems of the Arctic Shevchik F.A., Komarov I.A., Isaev V.S., Kotkin V.B., Kotkin V.V., Chernyak A.V., Skapintsev A.E., V V.Ananiev в журнале Soil Mechanics and Foundation Engineering, издательство Springer Nature (Switzerland), том 59, № 6, с. 560-564 DOI
2023 Temperature monitoring of the soil condition at the Zvenigorod biological station of Lomonosov MSU Frolov D.M., Isaev V.S., Koshurnikov A.V., Gagarin V.E.в журнале E3S Web of Conferences, издательство EDP Sciences (France), том 371 DOI
2020 Динамика параметров слоя сезонного промерзания Уварова А.В., Комаров И.А., Исаев В.С., Тюрин А.И., Болотюк М.М. в журнале Вестник Московского Государственного Университета (МГУ), серия 4, геология, № 2, с. 63-70.

* * *

В докладе  Лукьянова Г.Н. и Перевозчиковой Е.И.  (Университет ИТМО)  «Датчик теплового потока на сегнетоэлектрической керамике» рассмотрен новый метод измерения теплового потока, основанный на эффекте электрической поляризации. Сегнетоэлектрики — вещества, обладающие спонтанной электрической поляризацией под действием поглощенной теплоты. При прохождении через сегнетоэлектрик теплового потока он поляризуется, в объеме материала появляется электрический заряд, пропорциональный потоку. Если датчик изготовить в виде плоской пластины, с напыленными на грани металлическими обкладками, то получится конденсатор с емкостью С, зависящей от диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрического материала  ℇ, площади пластин S и расстояния между ними d и теплового потока, прошедшего через конденсатор q, Вт/м².

ℇ₀ — электрическая постоянная, численно равная ℇ₀ ≈ 8,85⋅10-12 Ф/м.

Для изготовления датчика были изготовлены несколько образцов сегнетоэлектрической керамики на основе титаната бария BaTiO₃, с добавлением стронция (BST) (рис. 1).

Рисунок 1.  Зависимости емкостей изготовленных датчиков от температуры:
BST-0,8 образцы из Ba0,8, Sr0,2TiO3 —  2 образца (разброс между образцами 10%);
BST-0,9 образцы из Ba0,9, Sr0,1TiO3 — 2 образца (разброс между образцами 4,5%);
BT образцы из чистого титаната бария BaTiO3 —  2 образца.

Большой разброс между образцами BT объясняется тем, что в процессе экспериментов один из образцов был сломан и его площадь уменьшилась в 2 раза.

Принцип работы датчика — динамическое равновесие между спонтанной поляризацией, заряжающей конденсатор и электрической поляризацией, разряжающей и возвращающей его в исходное состояние.

Электрическая схема устройства, реализующей этот принцип, представлена на рис. 2.

Рисунок 2 — Схема для измерений теплового потока. С - датчик теплового потока

Осциллограммы с выхода на контроллер показаны на рис. 3.

Рисунок 3 — Сигналы с выходов компаратора и интегратора

Внешний вид датчика — на рис. 4.

Рисунок 4 — Внешний вид датчика

• Датчик теплового потока испытан в диапазоне 10 Вт/м²…2000 Вт/м²,  что перекрывает, например, диапазон изменения теплового потока от батареи отопления;
• Размеры датчика ограничены только возможностями технологии изготовления, что позволяет изготовить его миниатюрным;
• Вследствие малых размеров обладает высоким быстродействием (время отклика порядка единиц миллисекунд), что позволяет применять его при решении газодинамических задач.

* * *

В докладе  Грачева А.С.  (ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Университет ИТМО) и  Воронцова М.А.  (ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Университет ИТМО, МГТУ им. Н.Э. Баумана)  «Оценка влияния отклонений фактических значений показателей эксплуатации от проектных на работу систем компримирования в составе установок низкотемпературной сепарации»  рассмотрена научная задача разработки методического подхода к количественной оценке отклонений фактических показателей эксплуатации систем компримирования от проектных значений. Предложен критерий, который позволяет выполнять количественное сравнение различных вариантов оснащения систем компримирования при работе в условиях реализации негативных сценариев эксплуатации системы. Представлен пример оценки различных вариантов оснащения систем компримирования для нескольких негативных сценариев эксплуатации. Приведены общие рекомендации по оснащению систем компримирования, полученные в результате исследования.

* * *

В докладе  Сухова И. А., Баранова И. В.  (Университет ИТМО) детально  рассматривается использование гелия в криогенных системах и технологиях. Отмечается уникальность гелия как криоагента — он обладает самой низкой температурой кипения среди всех веществ и исключительно высокой теплопроводностью. Это позволяет использовать жидкий гелий для достижения сверхнизких температур, необходимых в фундаментальных исследованиях, таких как изучение свойств сверхпроводников, сверхтекучести гелия и др. Жидкий гелий широко применяется в медицинской аппаратуре — магнитно-резонансной и компьютерной томографии, где используется для охлаждения сверхпроводящих магнитов. Также гелий незаменим в космических технологиях, например, для охлаждения магнитов в установках термоядерного синтеза.

В докладе проведен анализ последних тенденций в разработке высокоэффективных криогенных систем. Ключевыми направлениями являются: оптимизация термодинамических циклов с использованием многоступенчатого расширения и рекуперации холода, создание компактных и производительных теплообменников, разработка энергосберегающих крионасосов и турбодетандеров. Особое внимание уделяется технологиям извлечения гелия из углеводородного сырья, так как его производство является дорогостоящим. Перспективным считается комплексная переработка исходного газа с выделением всех ценных компонентов.

Делается вывод о востребованности дальнейших исследований в области криогенных технологий и процессов ожижения газов, поскольку потребность в жидком гелии в мире продолжает расти.

* * *

Нежурин Е.В.  (Университет ИТМО) оценил  «Применение модели нечёткой логики для анализа энергоэффективности систем вентиляции».  Рассмотрены различные методы получения климатической информации. Оценка методов конечного определения температуры показало недостатки при расчётах климатических параметров. Осреднение параметров температуры, применение амплитуд изменения температур и параметр обеспеченности не отвечают потребностям современных систем с изменяющимися, взаимозависимыми параметрами. Оптимизация современных систем предполагает использование для расчёта наружных параметров более современный способ, который мог бы включать большее количество как входных параметров, так и большее количество оцениваемых данных и как следствие большую точность.

В данный работе было произведено сравнение различных методов расчёта наружных параметров, а именно: инженерный — средние параметры температуры конденсации, средние параметры температуры окружающей среды, среднее количество рекуперируемого тепла от людей. Расчёт с результатами измерений с некоторым осреднением — параметры брались не за весь дань, а за час. Расчёт с помощью нечёткой логики, где параметры (количество людей и как следствие количество рекуперируемого тепла, параметры температуры окружающей среды) менялись по времени.

В конце работы делается вывод о перспективности применения метода нечёткой логики для расчёта наружных параметров, а именно температуры. Полученные данные в результате сравнения метода, основанного на измерениях и метода нечёткой логики показали преимущество последнего. Отклонение в 6,51% показало, что метод нечёткой логики точнее рассчитывает температуру окружающей среды.

* * *

Вопрос использования бросового тепла для использования его как вторичный ресурс для работы в цикле абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины обсуждается в докладе  Малинина О.С., Зайцев И.А.  (Университет ИТМО) «Интеграция АБХМ, работающих на возобновляемых источниках энергии в низкотемпературные системы».

Особое внимание уделялось изучению влияния различных характеристик исследуемых систем на производительность, надежность и экономическую эффективность. В последние десятилетия экологические проблемы и ограниченность ресурсов стимулировали развитие возобновляемых источников энергии. В частности, возрос интерес к возможностям использования абсорбционных холодильных машин, работающих на энергии, полученной из возобновляемых источников, в низкотемпературных системах. В результате проведенных исследований было подтверждено, что интеграция абсорбционных холодильных машин, работающих на возобновляемых источниках энергии, в низкотемпературные системы является технически и экономически целесообразной. Были выявлены оптимальные параметры системы, обеспечивающие высокую эффективность и надежность работы. Исследование показало, что интеграция абсорбционных холодильных машин, работающих на возобновляемых источниках энергии, в низкотемпературные системы является перспективным направлением развития.

Дальнейшие исследования в этой области позволят оптимизировать процессы и расширить область применения таких систем, что в свою очередь будет способствовать улучшению экологической ситуации и увеличению энергоэффективности в низкотемпературных системах. По итогу выступления участники конференции задали вопросы, которые делали особый акцент на экономическую эффективность данного исследования. В ходе доклада можно сказать, что опыт и обратная связь полученные в ходе выступления окажет существенное влияние на дальнейшую диссертацию Зайцева И.А.

* * *

Мелешко П.С.  (Университет ИТМО) сделал доклад  «Повышение эффективности эксплуатации СПГ-емкости при бункеровке судов». 

В рамках этого доклада рассматривается вопрос транспортировки СПГ при помощи морских судов. В 2020 году конвенция MARPOL вводит ограничения на передвижение судов со содержанием серы в сжигаемом топливе выше 0,5%. В связи с этим за последние три года количество судов, используемых СПГ в качестве основного топлива увеличилось. Это в свою очередь повлекло за собой увеличение объемов морских перевозок СПГ. Основная проблема СПГ при его длительном хранение – это постоянное испарение под действие теплоты окружающей среды.

В качества примера используются независимый танк типа В — сферическая ёмкость типа MOSS, а в качестве варианта для повышения было предложено рассмотреть замену исходной изоляции на напыляемую ППУ. Особое внимание уделено влиянию изоляционного материала на процесс захолаживания емкости, бункеровки и непосредственному хранению.

В ходе проведения работы были: изучены схемы захолаживания «Теплого танка» при подготовке к бункеровке; оценено влияние изоляции на каждом технологическом этапе; представлено сравнение разных типов изоляции и проведен тепловой расчет сферического резервуара.

Итогом работы послужило разработка технического решения для повышения эффективности и выявления зависимости других физический параметров на теплообмен.

* * *

Данилишин А.М., Кожухов Ю.В.  (Университет ИТМО) представили доклад  «Прогнозно-коррекционный подход профилирования рабочих колес холодильных центробежных компрессоров как основа создания базы данных по результатам численного моделирования».

В настоящее время развиваются подходы имитационного поведения человека с применением искусственного интеллекта для различных отраслей знаний. Искусственный интеллект представляет собой нейросети, обученные с помощью методов машинного обучения на основе больших данных. Применительно к холодильным центробежным компрессорам главная задача искусственного интеллекта — это выполнение рутинных операций проектирования при сохранении творческой роли человека. Однако, обучение искусственного интеллекта требует больших данных и существующих экспериментальных данных явно недостаточно для описания всего многообразия форм проточных частей, поэтому предлагается их дополнить результатами численного моделирования, выполненного на основе вычислительной газодинамики.  Для этого разработан прогнозно-коррекционный подход профилирования рабочих колес холодильных центробежных компрессоров, позволяющий выполнять получать различные геометрические формы и параметры рабочих колес. Полученные данные сводятся в табличную базу данных и могут использоваться для обучения нейросетей, создания математических моделей потерь и напора, проектировании газодинамических проектов холодильных центробежных компрессоров.

* * *

Казанцев Р.А. (Университет ИТМО) выступил с докладом  «Исследования тенденций по оптимизации технологии низкотемпературной сепарации попутного нефтяного газа».

Данное исследование посвящено анализу современных тенденций в области оптимизации технологии низкотемпературной сепарации попутного нефтяного газа. Растущее значение использования попутного газа как ценного энергетического ресурса подчеркивает необходимость разработки эффективных методов его обработки и очистки. В работе проводится обзор существующих технологий низкотемпературной сепарации, их преимуществ и недостатков, а также рассматриваются перспективные направления развития данной области.

Исследование направлено на повышения эффективности турбодетандерного агрегата за счёт совершенствования методики расчёта центробежного компрессора. Полученные результаты могут быть использованы в разработке методики проектирования центробежного компрессора и турбодетандерных агрегатов, для повышения эффективности низкотемпературной сепарации.

* * *

Фатеева Е.С., Кожухов Ю.В.  (Университет ИТМО) провели «Исследование потока диоксида углерода в ступени центробежного компрессора с учетом реальности газа». Объект исследования — ступень центробежного компрессора, включающая рабочее колесо (РК), безлопаточный диффузор (БЛД), поворотное колено (ПК), обратно-направляющий аппарат (ОНА).

В результате аналитического расчета были получены геометрические параметры проточной части компрессора и параметры газового потока.

Для проведения численного исследования ступени в программе ANSYS в модуле «Geometry» по известным геометрическим параметрам была создана модель проточной части, включая 3d-модели лопаток, направление движения потока, тип машины и пр.

Далее в модуле «Turbogrid» по заданным параметрам – количество ячеек, густота, количество слоев сетки и т.д., — была построена блочно-структурированная сетка. Был создан дополнительный слой сетки вблизи от области возникновения отрицательных объемов.

В результате была построена расчетная модель ступени в модуле «CFX» ANSYS. Для проведения расчета были установлены граничные условия: давление и температура газа на входе, частота оборотов ротора, массовый расход на выходе. Для проверки ПЧ и проведения модельных испытаний в качестве рабочего тела был выбран воздух.

* * *

В докладе  Елистратовой А.Р, Румянцевой О.Н.   «Анализ мировой инициативы «Переход к -15°С»  были оценены перспективы повышения температуры замороженных продуктов питания с -18°С до -15°С.

Актуальность темы обуславливается наличием проблемы несохранения произведенных продуктов питания из-за отсутствия условий хранения продукции в холодильниках, а также достаточным влиянием холодильной отрасли на окружающую среду. Данные проблемы требуют поиска экологически и экономически эффективных решений для холодильной отрасли, одним из которых является повышение температуры заморозки продуктов питания. Утверждается, что если температуру замороженных продуктов изменить всего на 3°С, то без ущерба для безопасности или качества пищевых продуктов, выбросы СО₂  можно будет сократить на 17,7 млн тонн в год, снизить потребление электрической энергии примерно на 25 ТВт/ч — что эквивалентно 8,63% годового потребления электроэнергии в Великобритании — и сократить затраты в цепочке поставок (холодильной цепи) до 12%.

В 2023 году крупным производителем замороженной продукции Nomad Foods был проведен ряд экспериментов по выявлению изменения качества продукции при повышении температуры заморозки. Исследование проводилось в течение шести месяцев совместно с организацией пищевой науки и технологий Campden BRI. Сообщалось, что хранение замороженных продуктов при температуре -15°C вместо стандартной для отрасли -18°C может снизить потребление энергии в морозильной камере более чем на 10% без какого-либо заметного влияния на безопасность, текстуру, вкус или питательную ценность продукта.

Основными препятствиями для изменения температуры на 3°C являются отсутствие научной базы данных о последствиях перехода к температуре -15°C для качества продуктов питания, особенно в течение длительных периодов времени, а также необходимость достижения консенсуса в отношении перемен внутри сообщества заинтересованных сторон на глобальном, региональном и национальном уровнях и способствовать принятию рынком.

* * *

Початкова М.А.  (Университет ИТМО) провела исследование в сфере  «Применение ESG стратегии в холодильной отрасли».  Внимание к устойчивому развитию и ESG стремительно растет, причем данный тренд захватил не только зарубежные страны, но также и российских производителей, и потребителей. Сама концепция устойчивого развития появилась как объективная необходимость ответа на ухудшение современной экологической ситуации в мире.

В современном понимании ESG–принципы появились как призыв CEO крупных мировых компаний учитывать в своих стратегиях триединую концепцию экологических, социальных и управленческих аспектов, прежде всего, для борьбы с изменением климата.

В России концепция ESG только начинает развиваться и постепенно внедряется в экономическую систему. Большинство российских инвесторов и крупных компаний также начинают придавать все большее значение ESG и экологической ответственности, следуя зарубежной тенденции. В настоящее время треть крупнейших банков страны уже внедрили ESG–оценку компаний в процесс кредитования, еще 20% планируют это сделать. Это говорит о том, что банки будут проверять каждого заемщика на соответствие принципам устойчивого развития.

Показателями инвестиционной привлекательности компаний являются ESG-факторы, которые оцениваются рейтинговыми агентствами. Они создают специальные рейтинги (дают качественную оценку) и рейтинги (имеют количественное выражение, ранжируют компании по выбранному критерию), которые показывают степень экологической и социальной ответственности компании на основе ESG-факторов. Рейтинги показывают, что Россия планирует ускорить корпоративное взаимодействие с принципами ESG и концепцией устойчивого развития. В то же время, это направление пока находится на ранней стадии по сравнению с международным уровнем в нашей стране, поэтому для российских компаний есть большое поле для совершенствования.

Применение ESG стратегии в холодильной отрасли представляет собой внедрение принципов устойчивого развития и учета экологических, социальных и управленческих аспектов в бизнес-практики и операционные процессы данного сектора.

1. Экологические аспекты: холодильная отрасль сталкивается с рядом экологических вызовов, таких как энергопотребление, выбросы парниковых газов и управление отходами. Применение ESG стратегии позволяет организациям в этой отрасли активно снижать свой негативный экологический след, внедрять энергоэффективные системы охлаждения, использовать экологически чистые хладагенты, оптимизировать использование энергии и принимать меры по устранению или переработке отходов.
2. Социальные аспекты: применение ESG стратегии в холодильной отрасли также уделяет внимание социальным вопросам. Организации стремятся обеспечить безопасность и качество продуктов питания, соблюдать нормы гигиены, обеспечивать условия работы и оплату труда в соответствии с законодательством и нормами этики. Кроме того, организации могут активно поддерживать инициативы социального развития, такие как вклад в местное сообщество, программы социальной ответственности и поддержку уязвимых групп населения.
3. Управленческие аспекты: ESG стратегия также включает управленческие аспекты, которые направлены на эффективное управление компанией и внедрение лучших практик в области корпоративного управления. Организации в холодильной отрасли стремятся к прозрачности, отчетности и этичным нормам бизнеса. Они разрабатывают стратегии, включающие в себя цели и показатели, связанные с ESG, а также устанавливают системы контроля и оценки, чтобы обеспечить соответствие и прогресс в реализации этих целей.

Преимущества внедрения:

• снижение экологического следа;
• укрепление репутации и привлечение инвестиций;
• улучшение отношений с заинтересованными сторонами.

В целом, применение ESG стратегии в холодильной отрасли позволяет компаниям достичь более устойчивого развития, снизить негативное воздействие на окружающую среду, улучшить отношения с заинтересованными сторонами и повысить свою репутацию.

Анализ применения ESG стратегии в холодильной отрасли позволяет понять, что ESG представляет значительный потенциал для улучшения устойчивости и эффективности данного сектора. В контексте холодильной отрасли, применение ESG стратегии может иметь несколько важных выгод.

Во-первых, снижение экологического воздействия является приоритетным аспектом для этой отрасли. Применение энергоэффективных технологий и оборудования, оптимизация использования ресурсов и управление отходами могут помочь снизить негативное влияние на окружающую среду, сократить выбросы парниковых газов и уменьшить экологический след холодильных предприятий.

Во-вторых, социальные аспекты ESG стратегии включают в себя заботу о работниках, безопасность труда и справедливые условия труда. В холодильной отрасли, где работники часто сталкиваются с тяжелыми физическими условиями и потенциальными опасностями, применение ESG подхода может способствовать улучшению рабочих условий, обеспечению безопасности и защите прав работников.

Наконец, управление с учетом принципов корпоративного управления (governance) позволяет повысить прозрачность, эффективность и ответственность в холодильной отрасли. Это включает в себя разработку этических стандартов, управление рисками и конфликтами интересов, а также приверженность соблюдению норм и законов.

Применение ESG стратегии в холодильной отрасли не только способствует устойчивому развитию компаний, но также отвечает на потребности потребителей, которые все больше ориентируются на этические и экологически ответственные бренды.

* * *

Лёсин И.А. (Университет ИТМО) провел  «Исследование потенциала энергетической утилизации твердых коммунальных отходов как альтернативного источника энергии».

В современном мире накопление твердых коммунальных отходов (ТКО) превращается в глобальную проблему всего человечества, становится опасной угрозой окружающей среде и здоровью людей. В этих условиях новые практики управления отходами носят сложный комплексный характер, включая в себя инфраструктурные, управленческие, финансовые и социокультурные компоненты.

Интенсивное накопление таких отходов, измеряемое только по ТКО от 250 до 700 кг на одного человека в год, и проблема их эффективной утилизации является сложной многоплановой задачей, решение которой связано с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, экологии, энерго- и ресурсосбережения.

Среди техногенных нагрузок серьезную проблему для Российской Федерации представляют отходы. На территории страны за последние десятилетия накоплены десятки миллиардов тонн твердых и коммунальных отходов производства и потребления, свалки в том виде, в котором они сегодня существуют, должны быть ликвидированы или преобразованы в современные хранилища.

К основным проблемам, которые сдерживают развитие управления ТКО в России, можно отнести:

1. наличие противоречий между российским законодательством и международными стандартами, формирующими практику в сфере обращения с отходами;
2. низкая роль органов местного самоуправления в организации деятельности по управлению процессами обращения с ТКО;
3. отсутствие производственной инфраструктуры по переработке ТКО;
4. низкий уровень раздельного сбора ТКО;
5. несогласованность интересов между субъектами в сфере обращения с отходами.

В Российской Федерации установлены следующие приоритетные направления государственной политики в области обращения с отходами:

• сокращение образования отходов и снижение класса опасности отходов в источниках их образования;
• обработка отходов;
• утилизация отходов;
• обезвреживание отходов.

Суть внедрения новой системы обращения с ТКО — обеспечить раздельное накопление ТКО, сбор и транспортировку собранных отходов, их последующую обработку и утилизацию или обезвреживание в целях уменьшения объемов их захоронения. Новая система обращения с отходами призвана решить проблему стихийного образования несанкционированных свалок, ввести раздельное накопление коммунальных отходов, их переработку (обработку и утилизацию), значительно сократить объемы их захоронения на полигонах.

В целях организации и осуществления деятельности по накоплению (в том числе раздельному накоплению), сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов в каждом субъекте Российской Федерации разрабатываются и утверждаются территориальные схемы обращения с отходами.

Создание эффективной системы обращения с отходами в Российской Федерации, включая сбор, переработку и утилизацию отходов, действительно является важной задачей на уровне регионов, включая Пензенскую область. Можно отметить, что отрасль переработки отходов в Пензенской области нуждается в развитии, включая создание предприятий по переработке ТКО и развитие производства конкурентоспособной товарной продукции из вторичных материальных ресурсов.

Улучшение экологической обстановки в регионе требует комплексного подхода, включающего анализ всей системы обращения с отходами, разработку современных методов переработки и утилизации, а также создание специализированных предприятий и инфраструктуры для сбора и переработки отходов.

Решение проблемы обращения с отходами в Пензенской области имеет большое значение для обеспечения благоприятной экологической обстановки и улучшения качества жизни местного населения.

Проблема формирования системы безопасного обращения с отходами, в том числе сбор, захоронение, переработка бытовых отходов на территории Пензенской области стоит особо остро. В настоящее время, в крае до конца не решен вопрос сбора, размещения, утилизации отходов. С каждым годом происходит увеличение количества отходов, а это приводит к увеличению размеров занимаемой ими территории, росту числа несанкционированных свалок, интенсивному загрязнению почв, поверхностных водоемов и подземных вод, атмосферного воздуха. Несмотря на незначительную долю Пензенской области в суммарном объеме образования отходов субъектов, область значительно отстает в развитии отходоперерабатывающей отрасли.

Анализ существующего состояния территорий муниципальных образований Пензенской области выявил следующие проблемы:

• отсутствует единая муниципальная система сбора, сортировки и переработки вторичного сырья, основанная на организации сети стационарных и мобильных пунктов приема вторичного сырья от населения, организаций и предприятий городов и районов;
• отсутствие единой системы обращения с отходами приводит к потере ценных компонентов ТКО, увеличению затрат на вывоз и обезвреживание ТКО, а также оказывает негативное влияние на окружающую среду;
• отсутствует детальная инвентаризация образующихся в городах и районах отходов и муниципальный банк данных по отходам и вторичным материальным ресурсам;
• отсутствуют современные экологически безопасные и экономически выгодные способы обращения с отходами;
• часть санкционированных свалок и полигонов ТКО переполнены или не удовлетворяют санитарно-гигиеническим и экологическим нормам.

Таким образом, на основании изложенного, представляется целесообразно организовать:

• сортировку отходов (выделить полезные отходы, которые мы сможем использовать и переработать);
• переработку органических отходов для получения биогаза (оставшиеся фракции следует использовать как удобрения, так как в Пензенской области развито сельское хозяйство);
• прямо оставшиеся отходы, которые можно использовать для получения энергии.

* * *

В докладе  Лисина А.В. (Университет ИТМО) рассмотрено  «Исследование экологического эффекта применения регазификационных комплексов, использующих теплопоглощающую способность сжиженного природного газа».

Как известно, проблема загрязнения окружающей среды является одной из основных проблем отдаленных регионов, использующих неэкологичные энергоресурсы. Главным источником загрязнения, в рассматриваемой местности, зачастую являются котельные, где применяются устаревшие и неэффективные технологии использования энергоресурсов, приводящие к выбросу загрязняющих веществ в атмосферу. Решением данной проблемы может стать перевод угольных котельных на альтернативные виды энергоресурсов. В ходе исследования было предложено применение регазификационных комплексов сжиженного природного газа для обеспечения котельных наиболее экологичным видом топлива — природным газом. Для снижения потребления природного газа, предлагается система регазификации сжиженного природного газа, основанная на комбинированной многоконтурной схеме с открытым и закрытыми циклами Ренкина, где в качестве хладагентов используются R744 и R717. Полученные результаты позволяют утверждать, что применение рассмотренной в работе системы для смены энергоресурса котельной позволит практически полностью исключить выбросы твердых веществ и оксидов серы, а также существенно снизить выбросы оксидов углерода и оксидов азота.

* * *

В докладе доцента ОЦ ЭИС Университета ИТМО  Никитина А.А.  «К вопросу качества энергии при оценке энергоэффективности систем жизнеобеспечения зданий»  показано, что различные методы оценки энергоэффективности инженерных систем зданий приводят к различным результатам. Показана необходимость приведения различных методов оценки энергосбережения к единой величине, отнесённой к первичной энергии на планете Земля, которой является первичная энергия солнечного излучения. Предложены коэффициенты энергетической и эксергетической эффективности, для оценки различных энергосберегающих технологий, отнесённые к первичной энергии солнечного излучения.

* * *

В докладе  Лахмана А.Г. (Университет ИТМО) рассмотрены  «Современные подходы к разработке центробежных компрессоров диоксида углерода высокого давления».  В задачах используются центробежные компрессоры для компримирования углекислого газа. Научная проблематика состоит в учете теплофизических свойств углекислого газа и перетечек СО₂  через уплотнения в одномерных расчетах, ожижении углекислого газа при дросселировании с высокого давления до атмосферного, а также в выборе коррозионностойких материалов. Решения указанных проблем описываются на примере выполненного проекта по модернизации центробежного компрессора в производстве карбамида. На рисунке показана принципиальная схема штатного агрегата.

Принципиальная схема штатного агрегата

В выполненном проекте в газодинамическом расчете проточной части на СО₂  учитываются свойства реального газа (z, R, k) в контрольных сечениях каждой ступени компрессора; термодинамический расчет осуществляется по уравнению Редлиха-Квонга в модификации Соаве; использовались методы вычислительной газодинамики для проверки газодинамических характеристик ступеней и секций центробежного компрессора, а также для анализа перетечек газа через уплотнения.

* * *

В материалах исследования  Сигунова Р.В., Митропова В.В. (Университет ИТМО)  «Анализ методов определения энергоэффективности систем охлаждения жидкости в условиях умеренного континентального климата»  рассмотрены следующие вопросы:

В последние годы многие владельцы зданий, а также компании, обслуживающие объекты недвижимости, все большее значение придают эффективности систем холодоснабжения с точки зрения затрат электроэнергии. В условиях Российского климата круглогодичное использование компрессоров является не только не эффективным, но и значительно сокращают срок службы компрессоров и других компонентов холодильных машин.

В связи с этим системы фрикулинга (от англ. Free-cooling) активно набирают популярность в большинстве регионов России. Это объясняется тем, что фрикулинг позволяет использовать температуру окружающего воздуха для охлаждения теплоносителя при выключенных компрессорах, за счет чего позволяет снизить годовые затраты на электроэнергию на 50-70% в зависимости от региона. В различных регионах РФ температура воздуха держится на отметке ниже 0°С от 5 до 7 месяцев в году. И это делает применение чиллеров с фрикулингом еще более актуальным.

Для оценки эффекта применения энергосберегающего режима охлаждения (охлаждение теплоносителя за счет обдува наружным воздухом без задействования компрессоров) следует знать максимальную температуру наружной среды, при которой он способен поддерживать функционирование охлаждаемой системы, и обратиться к статистике погоды для рассматриваемого региона.

Первая ступень оптимизации классической чиллерной системы — применение чиллеров со встроенным режимом фрикулинга или же установка параллельно чиллерам сухих охладителей (драйкулеров). Температура теплоносителя в наружном контуре составляет 7/12°C, и его охлаждение в драйкулерах возможно при температуре наружного воздуха до +2°C. На базе статистических сводок, для Санкт-Петербурга (за 2023 год), получим, что температура воздуха не превышает +2°C в течение 5 месяцев в году. Таким образом, 40% времени будет работать энергосберегающий режим, а 60% — обычный режим охлаждения с использованием компрессоров.

Вторая ступень оптимизации — внедрение режима свободного охлаждения по принципу косвенного фрикулинга. Предположим, температура теплоносителя не должна превышать 24°C. Это возможно при наружных температурах до 20-21°C. Такая температура наблюдалась в Санкт-Петербурге в течение 11 месяцев.

Таблица 1 — Сравнение энергопотребления различных систем охлаждения (г. Санкт-Петербург)

* * *

В материалах исследования  Кузнецова П.А., Просторовой А.О., Лепетан К.В.  (СПбПУ Петра Великого)  «Технология «пакетной» запрессовки труб в кожухотрубных теплообменниках холодильных установок»  показана востребованность кожухотрубных теплообменников в различных областях промышленности — холодильной, химической и др. Трудоёмкость изготовления кожухотрубных теплообменников весьма значительна и включает в себя операции раскроя, резки заготовок, штамповку крышек, сварку, металлообработку, развальцовку концов труб в трубных решетках, сварку, термообработку и др. Трудоёмкой операцией, определяющей качество и надежность работы теплообменников, является операция закрепления труб в трубной решетке. Закрепление осуществляют разными способами: в конструкциях для атомной промышленности — методом взрыва, в энергетических теплообменных аппаратах — электрогидроимпульсной развальцовкой трубок, но из-за повышенных требований по технике безопасности они не нашли широкого применения. Более распространенным является метод развальцовки, применяемый в химической промышленности, но отдельное вальцевание каждой трубы увеличивает трудоёмкость процесса. Несомненно, что задача уменьшения трудоёмкости операций закрепления труб в трубной решетке является актуальной.

Анализ способов получения неразъёмных трубных соединений позволил выделить способ запрессовки, при котором внутренний элемент соединения (труба) запрессовывается в наружную обойму (решетку) с фиксированным натягом. Следовательно, подготовив концы труб на размер, который обеспечит требуемый натяг, можно получить надежное соединение и снизить трудоёмкость соединения труб с решеткой. Подготовительную операцию можно осуществлять редуцированием на универсальных гидравлических прессах. Вариант редуцирования концов труб является наиболее технологичным — редуцированные трубы можно собрать в пакет и запрессовать в решетку одновременно на горизонтальном гидравлическом прессе, например, на прессе П6738Б. Операции предварительной деформации концов труб и запрессовки имеют ограничения в связи с возможной потерей устойчивости трубы, поэтому при выборе варианта крепления трубы в решетке следует опираться на данные выборочных испытаний на растяжение, раздачу, загиб и результаты расчетов критических напряжений потери устойчивости, а также экономический расчет для данной серийности и условий производства. Контроль качества соединений трубок в решетках осуществляют по результатам гидроиспытаний. Принимаемые в эксплуатацию теплообменные аппараты должны быть установлены в соответствии с проектом и отвечать требованиям ПТЭ, Ростехнадзора, а также нормам по технике безопасности и противопожарной технике. Анализ возможных вариантов крепления труб в трубных досках показал эффективность применения метода запрессовки труб в трубные доски «пакетом» на горизонтальном гидравлическом прессе, что позволит значительно снизить трудоемкость изготовления кожухотрубных теплообменников.

* * *

Работа  Кузнецова П.А., Просторовой А.О., Третьякова В.П.  (СПбПУ Петра Великого)  «Совмещенная штамповка деталей для низкотемпературных установок на прессах-автоматах».

Развитие техники, работающей при низких температурах, требует, как применения новых специальных материалов, так и эффективных процессов их обработки с целью получения изделий с требуемыми характеристиками. К таким экономичным высокопроизводительным процессам относятся процессы штамповки и выдавливания на гидравлических прессах. В большинстве случаев при изготовлении деталей сложной формы исходную заготовку простой формы постепенно деформируют, придавая сложную форму, за несколько операций. Такая многооперационная штамповка реализуется соответственно в нескольких штампах. С целью повышения эффективности производства штампы устанавливают в одном агрегате, а именно, на многопозиционном прессе. Передачу изделия с одной позиции обработки (матрицы) на последующую матрицу осуществляют в горизонтальном направлении грейферной подачей. При этом из каждой матрицы заготовку надо извлекать, перемещать в следующую матрицу и в ней заготовку устанавливать.

При размещении матриц по вертикали на одной общей центральной оси указанные операции существенно упрощаются.  Для реализации «вертикальной» схемы требуется специфическое оборудование и некоторое изменение конструкций матриц. Предлагаемую технологию можно реализовать на многоплунжерных прессах-автоматах с независимыми движениями деформирующих пуансонов. Например, изготовление детали типа «втулка» с внутренней ступенчатой полостью можно осуществить в трех матрицах, установленных вертикально, соосно в одной пресс-форме. В верхней матрице производится выдавливание первой ступени и одновременно происходит калибрование заготовки по наружному диаметру. Далее верхним пуансоном заготовку проталкивают во вторую матрицу, в которой выдавливают вторую ступень. Заготовку с выдавленными полостями перемещают в третью матрицу, в которой нижними пуансонами штампуют требуемую форму нижней части изделия. Готовое изделие выталкивается из пресс-формы. Расширение номенклатуры изделий, получаемых в многопозиционной вертикальной пресс-форме, можно осуществить, используя предварительную профилированную заготовку, полученную, например, по технологии порошковой металлургии.

Поэтапное формование отдельных частей изделия позволяет создать в деформируемом материале наиболее благоприятную схему напряженно-деформированного состояния, минимизировать растягивающие напряжения, использовать максимально ресурс пластичности материала. Предлагаемая технология позволяет штамповать изделия сложной формы из различных материалов.

* * *

В докладе Кожухова Ю.В. (Университет ИТМО)  «Методологические подходы газодинамического проектирования центробежных компрессоров для холодильных и криогенных установок»  рассмотрена научная проблематика, которая состоит в разработке методологических основ газодинамического проектирования центробежных компрессоров для хладагентов и криоагентов. Рассмотрена блок-схема методологии газодинамического проектирования центробежных компрессоров, включающая в себя одномерную аналитическую математическую модель, методику профилирования элементов проточной части, трехмерные методы численного эксперимента методами конечных элементов, а также алгоритмы учета свойств реального газа. По каждому из элементов блок-схемы приведена поясняющая информация.

* * *

Шеин В.М.  (Университет ИТМО) представил  данные по результатам исследования процессов теплообмена излучением в тепловом коллекторе двойного действия.

На сегодняшний день отмечается повышенный интерес к теплообменным аппаратам в основе работы которых лежат возобновляемые источники энергии. Всем известны солнечные воздушные и водяные коллектора, которые используя энергию солнца нагревают теплоноситель, движущийся в теплообменнике. Но не меньший интерес представляют комбинированные теплообменные аппараты двойного действия, которые используют не только энергию солнца, но и потенциал ночного неба — космоса.

Разработанная модель теплового коллектора двойного действия с нанесенным на его поверхность специальным высокоселективным покрытием показала свою эффективность, как при дневном нагреве, так и ночном охлаждении ниже температуры окружающей среды. В результате эксперимента отмечена прямая зависимость эффективности нагрева и охлаждения от количества слоев вещества, нанесенных на поверхность, а также от способа его нанесения на теплообменный аппарат. Помимо этого, были определены оптимальные габаритные размеры агрегата, материалы поверхности теплообмена на которую наносится покрытие, и концентрации действующих веществ раствора.

Запись конференции:  https://www.youtube.com/watch?v=Z8G0VeC-eo0

Материалы предоставлены Международной академией холода