Описание решаемых проблем, поставленной задачи и предлагаемых подходов к её решению

Должны быть приведены:

- характеристика поставленной проблемы как отражения определённых общественных потребностей;

- описание состояния разработок в данной области в России и за рубежом и результатов, определяющих мировой уровень;

- характеристика новизны предлагаемых подходов к решению задачи в сопоставлении с ведущимися в настоящее время в стране и за рубежом работами;

- обоснование целесообразности самостоятельного проведения ОКР (в сравнении с возможностью закупки за рубежом прообразов или аналогов тех технических средств или технологий, в которых будут реализованы результаты предлагаемых работ).

Характеристика новизны должна быть подтверждена сведениями:

- о публикациях (от 3-х до 5-ти) в рецензируемой печати по тематике предлагаемого проекта, которые наиболее полно, по мнению Заявителя, отражают мировой уровень в данной области (научных исследований, технологий), и авторами которых являются ведущие отечественные и зарубежные специалисты в данной области, с указанием следующих сведения о приведенных публикациях:

- Фамилия первого автора,

- Год опубликования,

- Название статьи,

- Научный журнал,

- Импакт-фактор журнала,

- URL ссылка на краткое резюме статьи на сайте журнала или в электронной библиотеки с бесплатным доступом,

- DOI – цифровой идентификатор документа,

- об аналогах планируемого результата,

- о патентах (заявках) по теме проекта наиболее близких, по мнению Заявителя, к тематике проекта и отражающих мировой уровень предлагаемого к реализации проекта, с указанием следующих данных:

- ФИО первого автора патента,

- Наименование патентообладателя (или патентообладателей, если таковых несколько),

- Год подачи заявки,

- Год выдачи патента (если патент был получен),

- Номер регистрационной записи в базе данных,

- Название (URL) базы данных, где депонировано описание изобретения,

- Название изобретения.)

- обоснование целесообразности самостоятельного проведения теоретических и экспериментальных исследований (в сравнении с возможностью закупки за рубежом прообразов или аналогов тех технических средств или технологий, в которых будут реализованы результаты данных исследований).

Должно быть дано обоснование возможности получения результата, способного к правовой охране – изобретение, полезная модель, промышленный образец, топология интегральных микросхем, программа для ЭВМ, база данных, секрет производства (ноу-хау).

Должна быть четко сформулирована задача (задачи), ставящаяся перед потенциальным исполнителем работ, и достаточно полно описаны подходы для решения ставящейся задачи.

Существенным недостатком выпускаемых серийно автономных источников электроэнергии является их невысокая топливная эффективность, недостаточный ресурс и невысокие экологические параметры по выбросам и шуму из-за применения в них двигателей внутреннего сгорания. Главной причиной недостаточной востребованности потребителем таких автономных источников является низкая приспособляемость к работе в автономном режиме при динамически изменяющемся графике энергопотребления. Конструктивно двигатель внутреннего сгорания принципиально не в состоянии эффективно отрабатывать значительные перепады нагрузки.

В настоящее время в развитых странах активно ведутся разработки высокоэффективных автономных источников энергии на базе поршневых двигателей с внешним подводом тепла. Эти двигатели существенно превосходят существующие двигатели автономных энергогенерирующих установок по всем упомянутым выше параметрам. Принципиальным преимуществом энергоагрегатов на базе двигателей с внешним подводом тепла является их высокая топливная эффективность практически во всем диапазоне генерируемых мощностей.

К недостаткам поршневых двигателей с внешним подводом тепла относится их высокая стоимость вследствие конструктивных особенностей, а также сложности в эксплуатации, связанные с применением в качестве рабочего тела гелия или водорода высокого давления. Избавиться от этих недостатков позволяет принципиально новый двигатель роторно-лопастного типа с внешним подводом тепла (РЛДВПТ). Созданная на его базе энергоустановка значительно превзойдет по всем важнейшим параметрам двигатели поршневого типа. Простота конструкции роторно-лопастного двигателя и использование в качестве рабочего тела атмосферного воздуха позволяют значительно снизить его стоимость и расходы на техническое обслуживание.

В России не существует предприятий, занимающихся серийным изготовлением на промышленной основе энергоустановок на основе двигателя с внешним подводом тепла (ДВПТ). Отдельные разработки в рамках ОКР в России проводятся в части создания установок на базе теплового цикла Стирлинга, методика расчета которого до конечного результата не отработана. Между тем, ДВПТ по сравнению с дизель-генераторами и газовыми турбинами имеют целый ряд существенных преимуществ. Когенерационная установка на основе ДВПТ вырабатывает электрическую и тепловую энергию в соотношении примерно 1 к 2 или 33% электрической энергии и 67% тепловой. Это обусловливает самый высокий для тепловых двигателей КПД цикла – около 70%. ДВПТ являясь двигателем внешнего сгорания, может работать на любом, виде топлива: торфе, угольном метане, угле, древесных и сельскохозяйственных отходах, продуктах переработки нефти и газа, биогазе (возможность использования местных ресурсов топлива), или даже от любого источника тепла, например, солнечной энергии (возобновляемые ресурсы). Двигатели практически бесшумны, в них не требуются глушители, карбюраторы, свечи зажигания, распредвалы, и т.д. ДВПТ наиболее экологически чистые, эмиссия оксидов азота и угарного газа самая низкая из известных двигателей.

Для сравнительной оценки уровня токсичности двигателя с внешним подводом теплоты в таблице 1.1 приведены данные по удельным выбросам токсичных веществ в этом двигателе, в дизеле, газовой турбине и карбюраторном двигателе.

Таблица 1.1. Выбросы вредных веществ

Тип двигателя

Токсичность, мг/(кВт·ч)

NOx

CxHy

Двигатель с внешним подводом теплоты

0,5–1

0,25–1

0,01–0,05

Газовая турбина

3,5–10

10–20

0,06–0,35

Дизель

2–10

1–25

3–60

Двигатель внутреннего сгорания

3–10

200–100

70–600

Из приведенной таблицы видно, что, даже без принятия специальных мер, токсичность отработавших газов двигателей с внешним подводом теплоты значительно ниже токсичности тепловых двигателей других типов.

Для обеспечения конкурентоспособности разрабатываемой продукции необходимо при проектировании и разработке заложить изначально завышенные требования к элементам конструкции и попытаться по возможности в процессе работы реализовать их. Вместе с тем прорывные решения, как правило, имеют большую затратную часть, как в проектировании, так и в изготовлении. Опыт работы, научный задел как основного исполнителя проекта, так и соисполнителей даёт право утверждать, что научно-технические решения, принятые в процессе работы над проектом будут способствовать снижению себестоимости продукции и следствие её удешевление.

Роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты имеет, в отличии от поршневого Стирлинга, два раздельных контура (холодный и горячий), что позволяет:

1. Снизить максимальную температуру горячего контура до 400⁰С, что позволяет применить материалы для изготовления двигателя более дешевые в плане характеристики жаропрочности;

2. Наличие холодного контура дает возможность понизить температуру рабочего тела до температур меньше 100С, что увеличивает общий термодинамический КПД двигателя;

3. В заготовительных операциях исключить получения заготовок методом литья из чугуна с шаровидным графитом. В нашей конструкции в качестве заготовок для изготовления корпуса необходимо применение поковок;

4. Применить в качестве рабочего тела газы с большими молярными массами, в отличие от поршневого Стирлинга, где применяется гелий или водород;

5. В конструкции проектируемого двигателя отсутствует регенератор–элемент наиболее дорогостоящий в поршневом Стирлинге, параметры которого на сегодняшний день проектными организациями подбирается, т.к. его конструкция и принцип работы невозможно посчитать и спроектировать под конкретную задачу;

6. Существующие автономные источники энергии не способны работать на островную нагрузку, это вызвано особенностями их конструкции и в связи с условиями их эксплуатации. Предлагаемый автономный источник энергии в отличии от всех автономных источников способен отслеживать пиковые броски с инертностью 0,3 сек.

Для работы роторно-лопастного двигателя с внешним подводом теплоты необходим любой источник тепла, отвечающий требованиям экологичности, экономичности и надежности. Существующие способы получения тепла основаны на пламенном сжигании углеводородных топлив при достаточно высоких температурах (»1200-1500°С). В таких устройствах теплообменные поверхности работают в жестких условиях, что требует выполнения дорогостоящих мероприятий, направленных на обеспечение надежной работы в течение заданного срока эксплуатации. Такими мероприятиями являются использование жаропрочных сталей, увеличение толщины стенок теплообменных поверхностей, футеровка стенок топочного пространства, применение специальных технических решений. Все эти мероприятия приводят к увеличению габаритных размеров, повышению веса и к удорожанию изделия. Поскольку сжигание происходит при высоких температурах, то в отходящих газах содержатся оксиды азота и углерода в концентрациях, превышающих их допустимые экологические нормы.

Перспективы использования машин с внешним подводом теплоты (внешнего сгорания) в различных областях энергетики в настоящее время стали очевидными для всех промышленно развитых стран мира. Пока на предприятиях и в проектах ближайшей перспективы используются, преимущественно, газовые микротурбины импортного производства или дизельные или газопоршневые генераторы, также преимущественно импортного производства. В настоящее время в России отсутствует серийное производство двигателей с внешним подводом теплоты, будь то двигатель Стирлинга или роторно-лопастной двигатель. Поэтому производство высокоэффективных и экологически чистых двигателей с внешним подводом теплоты, а на их базе когенерационных энергетических установок с мощностным рядом от 10 до 200 кВт может стать, при условии решения ряда технических и организационных задач, одним из перспективных направлений бизнеса.

Доказательством уникальности и новизны продукции является проведенный патентный поиск на глубину 30 лет по 10 ведущим странам мира. Кроме того, имеется ряд публикаций отражающих характер новизны и относящихся к теме проекта:

…

Получены патенты РФ по теме проекта:

…

В предлагаемом энергоагрегате используются принципиально новые технические решения, которые подлежат к патентованию с возможностью последующей реализации лицензий в страны Евросоюза, США, Китай и т.д.

При проведении работ в рамках заявляемой тематики планируется получение пакета патентов, в том числе международных:

- Серия патентов на изобретение по …

- Патент на …

- НОУ-ХАУ …

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒