Наверх
Экологичную альтернативу двигателю внутреннего сгорания разработал молодой исследователь ИжГТУ

Героя материала зовут Альберт Абгарян. Он является аспирантом, работает ведущим инженером на кафедре «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование» института «Cовременные технологии машиностроения, автомобилестроения и металлургии» ИжГТУ, по совместительству – преподаватель.

В свободное от работы время Алберт занимается наукой, а именно работой по созданию многотопливного двигателя с внешним подводом тепла, способного работать, в том числе, и на твёрдом топливе. Свой проект он представил в финале конкурса по программе «УМНИК» и выиграл грант в размере 400 тыс. рублей.

В нашей беседе он рассказал немного о себе и чуть больше – о своей разработке. Альберт приехал в Ижевск из Ростовской области, собирается перебираться сюда на постоянное место жительства.

- Как тебя занесло в Ижевск?

- Ижевск мне понравился как промышленный город, где я увидел для себя перспективы. Когда я, будучи выпускником школы в 2005 году, гостил у близкого друга моего отца, его сын учился в ИжГТУ. Вуз мне понравился, и я решил попробовать свои силы, ведь «попытка – не пытка».

Всегда хотел быть инженером-конструктором автомобилей. Я интересовался автомобилями с детства: начиная с проектирования маленьких машинок, заканчивая походами на картинги, состоял также в Клубе юных техников в родном городе Сальске Ростовской области. К сожалению, у нас нет вузов, готовящих конструкторов в области автомобилестроения.

В Ижевске мне удалось исполнить свою первую мечту – в 2010 году я получил диплом инженера-конструктора. Научный руководитель, доктор технических наук, профессор Николай Михайлович Филькин предложил мне остаться в университете - поступить в аспирантуру,  заведующий кафедрой, к.т.н., профессор Раис Салихович Музафаров предложил мне должность лаборанта. У меня была небольшая зарплата, но зато был доступ к лабораториям, где имелось оборудование, также удалось наладить связь с лабораториями соседних кафедр. Это позволило мне начать практическую реализацию своей идеи. Пока я этим занимался, три года аспирантуры пролетели незаметно. Судя по всему, я не успею вовремя защититься. Как только доведу до ума диссертацию, буду защищаться.

- С чего всё началось?

- Теоретическую проработку я начал на третьем курсе (в 2007 году). Изначально это была просто модернизация обычного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы объяснить, что такое ДВС, достаточно вспомнить про «сердце» автомобиля. В ДВС топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри). Классические варианты использования «внешников» на транспорте – паровоз и пароход.

Когда пришел к альтернативным видам источников энергии, продолжает Альберт, - понял, что нужен двигатель с внешним подводом тепла. Начал просто работать над модернизацией парового двигателя, потом перешел на двигатель Стирлинга, в итоге понял, что нужно что-то принципиально иное, объединяющее преимущества обоих двигателей.

Свой двигатель я начал создавать с первых эскизов около четырёх лет назад, но лишь в последние полгода появилась возможность купить многие измерительные приборы. Если все остальное я мог достать и сделать из подручных материалов, то измерительные приборы достаточно дорогие – та же трубопроводная арматура с манометрами и термометрами. Основной проблемой пока остается недостаток специализированных площадей и измерительного оборудования, плюс финансовые моменты.

В принципе, на данном этапе осталось завершить эксперименты. Для этого необходимо закупить некоторое измерительное оборудование – на сумму порядка 15-20 тысяч. Думаю, к концу года я бы смог показать характеристики и утвердиться в своих расчётах. Если мои формулы подтвердятся, буду выходить на промышленный образец. Это будет что-то лёгкое, компактное с высокой энергоэффективностью с использованием современных материалов – сплавов на основе алюминия и принципиально нового вида теплообменников. Для выхода на промышленный образец мне понадобится минимум год и большие финансовые вложения. Без последнего – процесс растянется на годы...

- То есть ты создал двигатель нового поколения?

- Не то чтобы нового… Но очень перспективный. Существующие альтернативы - паровой двигатель и двигатель Стирлинга, имеют ряд недостатков: паровой двигатель - низкий коэффициент полезного действия (КПД), двигатель Стирлинга дорог в использовании, имеет очень большую рабочую температуру и, соответственно, требует жаропрочных материалов. Последний сопровождает много технологических проблем, значительно снижающих срок и удобство эксплуатации.

Моя разработка представляет из себя некий гибрид. Здесь то же объёмное расширение, только имеется жидкая фаза как у парового двигателя, т.е. мы получаем пар, он расширяется в объёме и получается какая-то мощность – преобразование тепловой энергии в механическую. Здесь я получил двустороннее преимущество: низкую температуру работы и дешевизну, достаточно высокий коэффициент полезного действия. Согласно расчетам на стенде, мы ожидаем КПД минимум 18%. Т.к. конструкция имеет закрытый цикл, а в системе будет применено специальное «ноу-хау», так что КПД можно довести до уровня современных дизельных двигателей.

- Насколько перспективна твоя разработка?

- Моя разработка сможет работать от любого источника тепла, может использоваться в качестве многотопливного двигателя для любой мобильной машины в прямом понимании, и как генератор в том числе. Почему не рассматриваем ДВС, для того, чтобы будущий двигатель смог работать на твердом топливе, таком как щепа или топливные пеллеты. Для этого потребуется очень много конструктивных преобразований, после которых он станет очень громоздким с низким КПД. В дальнейшем вместо роторного двигателя планируем использовать турбину для получения большего ресурса. Если техника сможет работать на твердом топливе, у неё будет очень большой экономический эффект. Вообще это большая перспектива не только с точки зрения экономики, мы смотрим и в будущее – нефть же может закончиться.

- А теперь расскажи, как работает твой двигатель

- Главной проблемой в работе двигателя с внешним подводом тепла заключается в оптимизации параметров рабочего тела. Основная конструкция состоит из роторного двигателя, питательного насоса, теплообменника-парогенератора, конденсатора, и системы контроля и регулировки.

В теплообменнике происходит нагрев рабочего тела. Само собой, для получения требуемой мощности, нагрев должен достигать определенной температуры и давления. Этот процесс реализуется при помощи изменения температуры и давления на «входе» и «выходе». Эти параметры и надо оптимизировать. Чтобы сделать это, необходимо знать зависимость температуры и давления от момента на валу. Для этого нужны датчики, система циркуляции и подвода тепла, для нагрева до определенной температуры, вспомогательные приборы для обеспечения циркуляции и охлаждения, и, самое главное, – это измерительные приборы и регулировка. На основе данных от этого стенда я получил кривую изменения мощности, кривую изменения вращающего момента и зависимость температуры и давления от входной мощности. Полученные экспериментальные данные позволят оптимизировать рабочие параметры и создать методику расчёта двигателя.

Двигатель предназначен для работы от любого источника тепла - хоть к горячему водопроводу подключи. Я специально старался сделать его низкотемпературным. Его рабочая температура от 60⁰С до 100⁰С в данной конструкции. Это конструктивное решение позволит получить прирост мощности обычного автомобиля, если присоединить данный двигатель к системе охлаждения стандартного ДВС. Но главная перспектива - в возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), таких как топливные пеллеты (или евродрова).

- В чем их преимущество?

- У них очень малая зольность, большая теплотворная способность и экологичность в сравнении с обычным топливом. Вдобавок, повторюсь, - это ВИЭ. В Европе, к примеру  выращивают специальные растения, которые потом обрабатывают и переделывают в пеллеты. В нашем случае всё на много проще. В Удмуртии, скапливается очень много «отходов» производства: солома, жмых, щепа, опил, горбыль, т.е. различные пиломатериалы и отходы сельского хозяйства. Всё это сейчас прессуют в пеллеты и используют в качестве альтернативы дровам. Отсюда самый главный плюс - это дешевизна.

- А что будет на «выходе»?

- Зола и чистый пар. Если сравнивать с обычной печкой, то это печка, которая работает на пеллетах. Т.е. зола в виде трухи и пыли, её можно в огород или на поле, хоть куда – для окружающей среды, как обычная дровяная зола, является удобрением.

- А как быть с паром?

- Парниковый эффект образуется как раз из-за недогоревших углеводородов. Получается «чистое горение»: при невысоких температурах, без избыточного давления и без запаха. Максимум – запах костра при запуске. Процесс горения будет напоминать работу обычного газового котла или камина на пеллетах. Единственное, чего я боюсь, что «умные» умы начнут в промышленных масштабах резать наш лес только для того, чтобы его потом сжечь. Надеюсь, что этот двигатель войдет в жизнь в качестве альтернативы и займет свою нишу, но не станет «основным» как ДВС, – иначе весь лес сожгут.

- У крупных предприятий есть интерес?

- Рынок я, разумеется, исследовал. Очень много предложений по топливным пеллетам. По теплотворной способности одну тонну пеллет примерно можно прировнять к тонне бензина, но за тонну бензина вы отдадите более 30 тыс. рублей, а за тонну пеллет – порядка 5-7 тыс. рублей – экономическая составляющая видна невооруженным взглядом. Пусть КПД будет ниже, чем у дизельного двигателя или бензинового. Но это уже вопрос другой, решаемый при помощи экспериментов. Далее – экологичность. Желающих употреблять пеллеты – тоже много: есть автономные котлы с автоматами загрузки. Не хватает только двигателя, который это потребляет. Не только Россия, но и весь мир нуждается в этом. Особенно это перспективно для тех стран, у которых нет нефти, жидкого или газообразного топлива, но есть твёрдое. Например, Канада – у них есть большие запасы древесины, или та же Белоруссия, поскольку и мощностей у них хватает, и трактора производят, да и с нефтью проблемы.

- Не боишься за то, что в России не примут разработку – у нас же есть нефть?

- Да, от нефти и газа мы очень сильно зависим. Но я являюсь патриотом своей страны, поэтому постараюсь для России, в первую очередь для военной и сельскохозяйственной техники. Военные будут заинтересованы иметь многотопливный двигатель, в который, на крайний случай, можно и угля насыпать. Для военной техники самое главное, чтобы подручным кормом «питался» тот же самый танк, у которого вспомогательный генератор или основной двигатель работал бы по такому принципу. В крайнем случае, заливаешь любое топливо – вплоть до отработанного масла, солярки, дизельного мазута – всего, «что горит».

Валерия Пешкова

Календарь событий
Все события