– Когда я учился на третьем курсе бакалавриата, Евгений Константинович Спиридонов предложил мне присоединиться к команде ученых кафедры, и я с вдохновением и радостью принял это предложение, – рассказывает Александр Рашидович. – Исследования начал с изучения работы регулируемого струйного насоса, затем, в рамках выпускных квалификационных работ бакалавра и магистра, изучал многосопловой струйный компрессор. Оба диплома с отличием.
Поступив в 2010 году в аспирантуру, молодой ученый продолжил изыскания, связанные с разработкой жидкостно-газовых струйных насосов. Их результатом стала комплексная модель струйного насоса – универсальная, охватывающая мероприятия, которые позволяют значительно повысить эффективность работы аппарата.
– Идея состояла в плавном повышении давления в проточном канале насоса, – поясняет Александр Рашидович. – Поскольку в струйном насосе наиболее энергозатратным является процесс перемешивания активного и пассивного потоков, было предложено минимизировать потери энергии именно этого процесса путем организации плавного повышения давления.
Результаты проведенных исследований легли в основу кандидатской диссертации, успешно защищенной в 2013-м.
В функционировании струйного насоса участвуют два рабочих элемента – активный и пассивный потоки. Они могут иметь различные фазовые состояния: жидкость или газ, либо представлять собой парогазовую или жидкостно-газовую смесь. Активный поток, обладая более высокой энергией, увлекает за собой пассивный, передавая ему эту энергию. Именно в передаче энергии, которая характеризуется повышением давления в пассивном потоке, и заключается полезная работа.
– Одно из достоинств струйных насосов – высокая надежность, которая обусловлена тем, что в конструкции отсутствуют подвижные детали. В результате нет потребности в обслуживании аппарата, а значит, не нужен и специально обученный персонал, – отмечает молодой ученый.
Тем не менее, есть у струйных насосов и недостаток: сравнительно низкая эффективность. Механические насосы более эффективны – но менее надежны. Поэтому исследования, направленные на повышение эффективности работы струйных аппаратов, всегда были и будут весьма актуальными.
– Научным коллективом разработана методика проектирования жидкостно-газового эжектора с таким инновационным элементом, как побудительное устройство, которое в классических насосах не используется, – говорит Александр Исмагилов.
Идея заключается в следующем: побудительное устройство на начальной стадии передает дополнительную энергию пассивному потоку, тем самым обеспечивая процесс перемешивания активного и пассивного потоков с минимальными потерями энергии. Теоретические и экспериментальные исследования доказали эффективность новинки.
Результаты изысканий уже нашли практическое применение. Например, разработан струйный насос для «Татнефти», который используется для откачивания абразивных газов из межтрубного пространства нефтяных скважин, а также струйный насос для энергоблоков паровых турбин Ириклинской ГРЭС в поселке Энергетик Оренбургской области (филиала «Интер РАО-Электрогенерация»). В настоящее время ведутся переговоры об установке на энергетический блок паровой турбины струйного насоса для откачивания газа из рабочих полостей ее конденсаторов.
Благодаря своим исследованиям Александр Исмагилов стал одним из победителей конкурса «Поддержка молодой науки», проведенного в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100. В рамках гранта будет продолжено исследование работы струйного насоса – его результаты лягут в основу докторской диссертации. Уже готова заявка на получение патента на изобретение.
– Планирую разработать единую методику, позволяющую рассчитывать струйные аппараты с различными фазовыми состояниями активного и пассивного потоков. В настоящее время существует множество подобных методик, но они, как правило, ориентированы на устройства, в которых рабочие потоки имеют либо газовое, либо жидкостное состояние, или представляют собой смеси из газа и жидкости. Я же хочу рассмотреть эти методики более обобщённо, используя суперкомпьютерное моделирование, – делится планами Александр Рашидович.
В настоящий момент молодым учёным уже разработана компьютерная модель, позволяющая с помощью современных компьютерных пакетов и использованием суперкомпьютерных ресурсов Южно-Уральского государственного университета рассчитать струйный насос. Кроме того, это поможет усовершенствовать струйные аппараты в соответствии с последними тенденциями в промышленности, связанными, например, с «Индустрией 4.0».
– Хотя струйные насосы и являются высоконадежными, но в процессе работы их эффективность может значительно снизиться – например, из-за изменения внутренней геометрии устройства по причине возникновения отложений в рабочих полостях. Компьютерное моделирование позволит предсказать эти процессы и принять дополнительные меры по их устранению, не останавливая производство, что в свою очередь снизит последующие затраты на диагностику и ремонт, – рассказывает Александр Исмагилов.
Эксперименты проводятся на исследовательском комплексе со струйными насосами, который установлен в лаборатории «Гидромашины и гидроприводы. Компрессорные машины» кафедры гидравлики и гидропневмосистем. Результаты представлены на международной конференции Third International Rotating Equipment Conference, организованной немецкой Ассоциацией машиностроительной промышленности VDMA и состоявшейся в 2016 году в Германии. Также готовится статья в высокорейтинговый научный журнал Chemical Engineering Science, который индексируется в базе данных Scopus.
